CN113847163A - 一种航空发动机风扇外涵道引射系统 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机风扇外涵道引射系统设计技术领域，具体涉及一种航空发动机风扇外涵道引射系统，包括：发动机风扇；核心机驱动风扇，其进口与发动机风扇的出口对接；高压压气机，其进口与核心机驱动风扇的出口对接；发动机风扇内外涵分流环，在核心机驱动风扇内设置，与核心机驱动风扇的外机匣间形成上游发动机风扇外涵道；核心机驱动风扇内外涵分流环，在高压压气机内设置，与高压压气机的外机匣间形成下游发动机风扇外涵道，与发动机风扇内外涵分流环之间形成发动机风扇外涵引射道；一级发动机风扇外涵道分流环，其进口端与在上游发动机风扇外涵道内设置，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道内。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机风扇外涵道引射系统设计技术领域，具体涉及一种航空发动机风扇外涵道引射系统。
背景技术
航空发动机中包括发动机风扇、核心机驱动风扇、高压压气机，其中，核心机驱动风扇的进口与发动机风扇的出口对接，高压压气机的进口与核心机驱动风扇的出口对接。
在变循环发动机中，于核心机驱动风扇中设置发动机风扇内外涵分流环，发动机机风扇内外涵分流环环绕核心机驱动风扇的叶片，与核心机驱动风扇外机匣之间形成上游发动机风扇外涵道，以及，于高压压气机中设置核心机驱动风扇内外涵分流环，核心机驱动风扇内外涵分流环环绕高压压气机的叶片，与高压压气机外机匣之间形成下游发动机风扇外涵道，此外，发动机风扇内外涵分流环、核心机驱动风扇内外涵分流环之间形成发动机风扇外涵引射道，经发动机风扇外涵引射道引出的核心机驱风扇产生的高速气流，对来自上游发动机风扇外涵道的由发动机风扇产生的低速气流进行引射，使进入上游发动机风扇外涵道的气流具有较高的能量，该种技术方案存在以下缺陷：
1)利用核心机驱风扇产生的高速气流直接对来自上游发动机风扇外涵道的低速气流进行引射，核心机驱风扇产生的高速气流的流速、来自上游发动机风扇外涵道的低速气流的流速相差较大，掺混时气动损失较大，致使发动机风扇外涵引射道工作效率较低，其证明如下：
假设核心机驱风扇产生的高速气流的流量为M1、流速为V1；
来自上游发动机风扇外涵道气流的流量为M2、流速为V2；
核心机驱风扇产生的高速气流、来自上游发动机风扇外涵道气流掺混后的流量为M3、流速为V3；
根据质量守恒定律有：M3＝M1+M2；
根据动量守恒定律有：M3·V3＝M1·V1+M2·V2；
则掺混后的气动损失为：
由此可见，在核心机驱风扇产生的高速气流的流速V1、来自上游发动机风扇外涵道的低速气流的流速V2相差较大时，掺混时的气动损失就会较大，致使发动机风扇外涵引射道工作效率较低；
2)核心机驱风扇产生的高速气流、来自上游发动机风扇外涵道的低速气流掺混发生在半径较小的位置处，接触面积较小，在下游发动机风扇外涵道中需流经较长的距离方能够掺混均匀，为此需设计下游发动机风扇外涵道具有较长的长度，增加了航空发动机整体的长度以及质量；
3)核心机驱风扇产生的高速气流、来自上游发动机风扇外涵道的低速气流间流场参数差异较大，且直接的掺混部位位于发动机风扇外涵引射道出口位置，该区域流路曲率变化剧烈，极容易使掺混气流发生剧烈波动，气动稳定性差。
鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。
需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请的目的是提供一种航空发动机风扇外涵道引射系统，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
本申请的技术方案是：
一种航空发动机风扇外涵道引射系统，包括：
发动机风扇；
核心机驱动风扇，其进口与发动机风扇的出口对接；
高压压气机，其进口与核心机驱动风扇的出口对接；
发动机风扇内外涵分流环，在核心机驱动风扇内设置，环绕核心机驱动风扇的叶片，与核心机驱动风扇的外机匣间形成上游发动机风扇外涵道；
核心机驱动风扇内外涵分流环，在高压压气机内设置，环绕高压压气机的叶片，与高压压气机的外机匣间形成下游发动机风扇外涵道，与发动机风扇内外涵分流环之间形成发动机风扇外涵引射道；
一级发动机风扇外涵道分流环，其进口端与在上游发动机风扇外涵道内设置，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道内。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机风扇外涵道引射系统中，还包括：
二级发动机风扇外涵道分流环，其进口端套设在一级发动机风扇外涵道分流环外周，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道内，超出一级发动机风扇外涵道分流环的出口端。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机风扇外涵道引射系统中，还包括：
一级发动机风扇外涵引射道分流环，在发动机风扇外涵引射道内设置；
一级下游发动机风扇外涵道分流环，其进口端与一级发动机风扇外涵引射道分流环的出口端对接，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道内。
根据本申请的至少一个实施例，上述的航空发动机风扇外涵道引射系统中，还包括：
二级发动机风扇外涵引射道分流环，在发动机风扇外涵引射道内设置；
二级下游发动机风扇外涵道分流环，位于一级下游发动机风扇外涵道分流环内侧，其进口端与二级发动机风扇外涵引射道分流环的出口端对接，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道内，超出一级下游发动机风扇外涵道分流环的出口端。
附图说明
图1是本申请实施例提供的航空发动机风扇外涵道引射系统的示意图；
其中：
1-发动机风扇；2-核心机驱动风扇；3-高压压气机；4-发动机风扇内外涵分流环；5-核心机驱动风扇内外涵分流环；6-一级发动机风扇外涵道分流环；7-二级发动机风扇外涵道分流环；8一级发动机风扇外涵引射道分流环；9-一级下游发动机风扇外涵道分流环；10-二级发动机风扇外涵引射道分流环；11-二级下游发动机风扇外涵道分流环；
A-上游发动机风扇外涵道；
B-下游发动机风扇外涵道；
C-发动机风扇外涵引射道。
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其中描述位置关系的用语仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
一种航空发动机风扇外涵道引射系统，包括：
发动机风扇1；
核心机驱动风扇2，其进口与发动机风扇1的出口对接；
高压压气机3，其进口与核心机驱动风扇2的出口对接；
发动机风扇内外涵分流环4，在核心机驱动风扇2内设置，环绕核心机驱动风扇2的叶片，与核心机驱动风扇4的外机匣间形成上游发动机风扇外涵道A；
核心机驱动风扇内外涵分流环5，在高压压气机3内设置，环绕高压压气机3的叶片，与高压压气机3的外机匣间形成下游发动机风扇外涵道B，与发动机风扇内外涵分流环4之间形成发动机风扇外涵引射道C；
一级发动机风扇外涵道分流环6，其进口端与在上游发动机风扇外涵道A内设置，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道B内。
对于上述实施例公开的航空发动机风扇外涵道引射系统，领域内技术人员可以理解的是，设置一级发动机风扇外涵道分流环6的进口端位于上游发动机风扇外涵道A内，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道B内，来自上游发动机风扇外涵道B的低速气流被一级发动机风扇外涵道分流环6一份为二，一部分沿一级发动机风扇外涵道分流环6外侧流向下游发动机风扇外涵道B，另一部分沿一级发动机风扇外涵道分流环6内侧流动，经发动机风扇外涵引射道C引出的核心机驱风扇2产生的高速气流，可对该部分低速气流进行引射，与该部分低速气流发生掺混，加速流向下游发动机风扇外涵道B，该部分掺混气流在流出一级发动机风扇外涵道分流环6出口端时，会对沿一级发动机风扇外涵道分流环6外侧流动的低速气流进行引射，与该部分低速气流发生进一步的掺混。
对于上述实施例公开的航空发动机风扇外涵道引射系统，领域内技术人员还可以理解的是，其中核心机驱风扇2产生的高速气流仅直接对沿一级发动机风扇外涵道分流环6内侧流动的部分低速气流进行引射、掺混，质量相对较小，可有效降低掺混时的气动损失，提高发动机风扇外涵引射道C的工作效率，此外，该部分掺混后的气流在流出一级发动机风扇外涵道分流环6出口端时，会对沿一级发动机风扇外涵道分流环6外侧流动的低速气流进行引射、掺混，此时两股掺混的气流间流速差值被减小，可进一步降低掺混时的气动损失，提高发动机风扇外涵引射道C的工作效率，以及能够保证气动稳定性。
对于上述实施例公开的航空发动机风扇外涵道引射系统，领域内技术人员还可以理解的是，来自上游发动机风扇外涵道B的低速气流与核心机驱风扇2产生的高速气流，发生掺混的部位位于发动机风扇外涵引射道C以及一级发动机风扇外涵道分流环6的出口端，在不同的半径高度处进行掺混，接触面积较大，在下游发动机风扇外涵道B中经较短的距离即可掺混均匀，以此，可减少下游发动机风扇外涵道B的长度，进而能够降低航空发动机整体的长度以及质量。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机风扇外涵道引射系统中，还包括：
二级发动机风扇外涵道分流环7，其进口端套设在一级发动机风扇外涵道分流环6外周，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道B内，超出一级发动机风扇外涵道分流环6的出口端。
对于上述实施例公开的航空发动机风扇外涵道引射系统，领域内技术人员可以理解的是，其能够进一步提高发动机风扇外涵引射道C的工作效率，能够保证气动稳定性，以及减少下游发动机风扇外涵道B的长度，降低航空发动机整体的长度、质量，具体原理可参见上述说明，在此不再做更细致的解释。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机风扇外涵道引射系统中，还包括：
一级发动机风扇外涵引射道分流环8，在发动机风扇外涵引射道C内设置；
一级下游发动机风扇外涵道分流环9，其进口端与一级发动机风扇外涵引射道分流环8的出口端对接，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道B内，其出口端超出一级发动机风扇外涵道分流环6的出口端。
对于上述实施例公开的航空发动机风扇外涵道引射系统，领域内技术人员可以理解的是，在发动机风扇外涵引射道C内设置一级发动机风扇外涵引射道分流环8，以及设置一级下游发动机风扇外涵道分流环9的进口端与一级发动机风扇外涵引射道分流环8的出口端对接，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道B内，可将核心机驱动风扇2产生的高度气流一分为二，一部分经发动机风扇外涵引射道C引出，由一级下游发动机风扇外涵道分流环9的出口端流出到下游发动机风扇外涵道B，另一部分经发动机风扇外涵引射道C引出，对来自上游发动机风扇外涵道B的低速气流进行引射、掺混，加速流向下游发动机风扇外涵道B，该部分掺混气流流动至一级下游发动机风扇外涵道分流环9的出口端时，会被自一级下游发动机风扇外涵道分流环9的出口端流出的高速气流再次引射，发生进一步的掺混。
对于上述实施例公开的航空发动机风扇外涵道引射系统，领域内技术人员可以理解的是，其能够进一步提高发动机风扇外涵引射道C的工作效率，能够保证气动稳定性，以及减少下游发动机风扇外涵道B的长度，降低航空发动机整体的长度、质量，具体原理可参见上述说明，在此不再做更细致的解释。
在一些可选的实施例中，上述的航空发动机风扇外涵道引射系统中，还包括：
二级发动机风扇外涵引射道分流环10，在发动机风扇外涵引射道C内设置；
二级下游发动机风扇外涵道分流环11，位于一级下游发动机风扇外涵道分流环9内侧，其进口端与二级发动机风扇外涵引射道分流环10的出口端对接，出口端延伸到下游发动机风扇外涵道B内，超出一级下游发动机风扇外涵道分流环9的出口端。
对于上述实施例公开的航空发动机风扇外涵道引射系统，领域内技术人员可以理解的是，其能够进一步提高发动机风扇外涵引射道C的工作效率，能够保证气动稳定性，以及减少下游发动机风扇外涵道B的长度，降低航空发动机整体的长度、质量，具体原理可参见上述说明，在此不再做更细致的解释。
对于上述实施例公开的航空发动机风扇外涵道引射系统，领域内技术人员可以理解的是，其设计发动机风扇1产生的低速气流、核心机驱风扇1产生的高速气流，沿多个通道进行流动，在多处进行引射、掺混，在能够提高发动机风扇外涵引射道C的工作效率，能够保证气动稳定性，以及减少下游发动机风扇外涵道B的长度，降低航空发动机整体的长度以及质量的同时，具有较大的设计自由度，可对各处通道的曲率进行设计，以保证气动稳定性，此外，为了能够进一步提高发动机风扇外涵引射道C的工作效率，能够保证气动稳定性，以及减少下游发动机风扇外涵道B的长度，降低航空发动机整体的长度以及质量，保证气动稳定性，在条件允许的情形下，可增设更多级的发动机风扇外涵道分流环，以及更多级的发动机风扇外涵引射道分流环、下游发动机风扇外涵道分流环。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种航空发动机风扇外涵道引射系统，其特征在于，包括：
发动机风扇(1)；
核心机驱动风扇(2)，其进口与所述发动机风扇(1)的出口对接；
高压压气机(3)，其进口与所述核心机驱动风扇(2)的出口对接；
发动机风扇内外涵分流环(4)，在所述核心机驱动风扇(2)内设置，环绕所述核心机驱动风扇(2)的叶片，与所述核心机驱动风扇(4)的外机匣间形成上游发动机风扇外涵道(A)；
核心机驱动风扇内外涵分流环(5)，在所述高压压气机(3)内设置，环绕所述高压压气机(3)的叶片，与所述高压压气机(3)的外机匣间形成下游发动机风扇外涵道(B)，与所述发动机风扇内外涵分流环(4)之间形成发动机风扇外涵引射道(C)；
一级发动机风扇外涵道分流环(6)，其进口端与在所述上游发动机风扇外涵道(A)内设置，出口端延伸到所述下游发动机风扇外涵道(B)内。
2.根据权利要求1所述的航空发动机风扇外涵道引射系统，其特征在于，
还包括：
二级发动机风扇外涵道分流环(7)，其进口端套设在所述一级发动机风扇外涵道分流环(6)外周，出口端延伸到所述下游发动机风扇外涵道(B)内，超出所述一级发动机风扇外涵道分流环(6)的出口端。
3.根据权利要求1所述的航空发动机风扇外涵道引射系统，其特征在于，
还包括：
一级发动机风扇外涵引射道分流环(8)，在所述发动机风扇外涵引射道(C)内设置；
一级下游发动机风扇外涵道分流环(9)，其进口端与所述一级发动机风扇外涵引射道分流环(8)的出口端对接，出口端延伸到所述下游发动机风扇外涵道(B)内，其出口端超出与所述一级发动机风扇外涵道分流环(6)的出口端。
4.根据权利要求1所述的航空发动机风扇外涵道引射系统，其特征在于，
还包括：
二级发动机风扇外涵引射道分流环(10)，在所述发动机风扇外涵引射道(C)内设置；
二级下游发动机风扇外涵道分流环(11)，位于所述一级下游发动机风扇外涵道分流环(9)内侧，其进口端与所述二级发动机风扇外涵引射道分流环(10)的出口端对接，出口端延伸到所述下游发动机风扇外涵道(B)内，超出所述一级下游发动机风扇外涵道分流环(9)的出口端。
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