CN114017387B - 一种航空发动机压气机引气结构 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空发动机设计技术领域，具体涉及一种航空发动机压气机引气结构。该航空发动机压气机引气结构包括放气接头(6)，所述放气接头(6)包括扩压段(7)及掺混段(8)，放气接头的扩压段(7)连接排气管路(4)的末端，扩压段(7)的内径相对于所述排气管路(4)的内径更大，掺混段(8)设置在扩压段的出口处，并在掺混段(8)的外壳上具有若干连通发动机外涵流道(5)的排气孔(9)。本申请既能够消除管路放气对风扇后流场的扰动，提高风扇气动稳定性，又能消除高温高压放气对外涵机匣的热冲击提高机匣的寿命和可靠性，同时还能够消除放气过程中巨大的噪声。

Description

一种航空发动机压气机引气结构
技术领域
本申请属于航空发动机设计技术领域，具体涉及一种航空发动机压气机引气结构。
背景技术
航空发动机通常采用压气机放气的方式增加压气机的喘振裕度，避免航空发动机在起动或加速等过渡过程中出现喘振故障。图1为某涡轮风扇发动机放气系统原理图。在高压压气机末级位置处设置了压气机末级引气孔1，高压压气机末级的气体通过引气管路2，进入放气控制装置3中，在正常使用状态中，放气控制装置3中的开关活门处于关闭状态。航空发动机在起动或者加速过程中，将放气控制装置3中的活门打开，气体通过活门以及排气管路4，排入发动机外涵流道5之中，以增加压气机的喘振裕度，提高航空发动机的稳定性。
目前该技术方案存在以下缺点：第一，由于航空发动机总压比高，压气机末级放气所排出气体具有较高的温度(600～700℃)和压力(2～4MPa)。对于大涵道比涡扇发动机来说，由于外涵流道的空间较大，同时发动机外涵流量很大，压气机末级所排出的气体对于外涵机匣的影响有限。但是对于中小涵道比涡轮风扇发动机，外涵流道的空间相对较小，外涵流量也相对较小。在放气过程中大量的高温、高压气体会直接冲击外涵机匣，高温气体会灼伤外涵结构，降低结构寿命进而影响飞行安全。第二，大量的高温高压气流突然进入外涵流路某个区域，会影响风扇后的温度和压力分布，降低压缩系统的稳定性进而影响整机的稳定性。第三，高温高压气体集中排放过程中气体快速膨胀加速会产生巨大的噪音，影响飞行的舒适性，这对商用发动机影响尤为突出。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种航空发动机压气机引气结构，在高压压气机末级位置处设置有压气机末级引气孔，高压压气机末级的气体通过引气管路、放气控制装置及排气管路排入发动机外涵流道中，以增加压气机的喘振裕度，其中，所述航空发动机压气机引气结构还包括放气接头，所述放气接头包括扩压段及掺混段，放气接头的扩压段连接所述排气管路的末端，扩压段的内径相对于所述排气管路的内径更大，掺混段设置在扩压段的出口处，并在掺混段的外壳上具有若干连通发动机外涵流道的排气孔。
优选的是，所述扩压段具有锥形斜面，扩压段一端连接在所述排气管路的出口处，并向另一端呈喇叭口扩张，所述扩压段末端连接掺混段。
优选的是，所述掺混段具有一圆筒状的掺混区域，以及设置在掺混区域顶端的球面端盖，所述球面端盖上布置有所述排气孔。
优选的是，所述放气接头的掺混段穿过所述发动机外涵流道的外涵机匣，并通过封严结构进行密封。
优选的是，所述封严结构采用耐高温的橡胶材质制成。
优选的是，所述耐高温的橡胶材质包括硅橡胶。
优选的是，所述放气接头的末端排气孔伸入发动机外涵流道内，具有相对于外涵机匣外表面一定高度。
优选的是，多个所述放气接头沿发动机外涵流道环面周向均匀布置，多个所述放气接头均连接至同一排气管路。
本申请航空发动机压气机引气结构使用放气接头进行排气，结构简单、成本低、使用方便，既能够消除管路放气对风扇后流场的扰动，提高风扇气动稳定性，又能消除高温高压放气对外涵机匣的热冲击提高机匣的寿命和可靠性，同时还能够消除放气过程中巨大的噪声。
此外，本申请能够广泛用于不同类型的常规航空发动机外部结构、地面燃机的外部管路结构中，使用范围广阔。
附图说明
图1是现有技术中高压压气机引起示意图。
图2是本申请航空发动机压气机引气结构的放气接头结构示意图。
其中，1-压气机末级引气孔，2-引气管路，3-放气控制装置，4-排气管路，5-外涵流道，6-放气接头，7-扩压段，8-掺混段，9-排气孔，10-封严结构，11-外涵机匣。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请属于航空发动机外部管路设计领域，特别适用于涡轮风扇发动机压气机放气管路结构。
如图2所示，本申请航空发动机压气机引气结构在高压压气机末级位置处设置有压气机末级引气孔1，高压压气机末级的气体通过引气管路2、放气控制装置3及排气管路4排入发动机外涵流道5中，以增加压气机的喘振裕度，其特征在于，所述航空发动机压气机引气结构还包括放气接头6，所述放气接头6包括扩压段7及掺混段8，放气接头的扩压段7连接所述排气管路4的末端，扩压段7的内径相对于所述排气管路4的内径更大，掺混段8设置在扩压段的出口处，并在掺混段8的外壳上具有若干连通发动机外涵流道5的排气孔9。
本实施例中，当航空发动机处于过渡态压气机喘振裕度不足时，将空气由1压气机末级引气孔引出，高温高压气体流经引气管路2、放气控制装置3、排气管路4流入放气接头6内，最后排入外涵流道当中。高温高压气体来流途经排气管路4进入放气接头6时，气体首先会在扩压段7减速增压，接着气体在掺混段8中与外涵气流进行预掺混，降低排气温度，最后气体通过“筛子”状的排气孔9结构均匀的排入外涵流道中。
本申请提出的放气接头中，扩压段7利用流体力学原理减缓了来流速度，掺混段8在高温气体排出之前先进行预掺混降低排气温度，排气孔9结构使气体均匀的排放布到外涵流路之中。放气接头结构一方面降低了高温、高速气体的排气速度，避免气体对外涵机匣结构的热冲击，另一方面避免了集中排气对外涵流场的扰动，提升了整机气动性能的稳定性。同时气流速度的降低大幅降低了排气噪声，使整机满足噪声指标要求。
在一些可选实施方式中，所述扩压段7具有锥形斜面，扩压段7一端连接在所述排气管路4的出口处，并向另一端呈喇叭口扩张，所述扩压段7末端连接掺混段8。
其他备选实施方式中，扩压段可以由多级台阶构造的阶梯型结构构成。
在一些可选实施方式中，所述掺混段8具有一圆筒状的掺混区域，以及设置在掺混区域顶端的球面端盖，所述球面端盖上布置有所述排气孔9。
在一些可选实施方式中，所述放气接头6的掺混段8穿过所述发动机外涵流道5的外涵机匣11，并通过封严结构10进行密封。
在一些可选实施方式中，所述封严结构10采用耐高温的橡胶材质制成。
在一些可选实施方式中，所述耐高温的橡胶材质包括硅橡胶。
在一些可选实施方式中，所述放气接头6的末端排气孔9伸入发动机外涵流道5内，具有相对于外涵机匣11外表面一定高度。
在一些可选实施方式中，多个所述放气接头6沿发动机外涵流道5环面周向均匀布置，多个所述放气接头6均连接至同一排气管路4。通过将高压气体引入至外涵道的多处位置，进一步降低热力集中。
本申请提出的航空发动机压气机引气结构。首先，降低了高温高压气体在外涵流路中的排放速度，降低对外涵机匣结构的热冲击；其次，将高温高压气体较为均匀的分布在外涵流路中，降低了对风扇后流场的扰动；最后，降低了排气的噪音，提高了飞行过程中的舒适性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种航空发动机压气机引气结构，在高压压气机末级位置处设置有压气机末级引气孔（1），高压压气机末级的气体通过引气管路（2）、放气控制装置（3）及排气管路（4）排入发动机外涵流道（5）中，以增加压气机的喘振裕度，其特征在于，所述航空发动机压气机引气结构还包括放气接头（6），所述放气接头（6）包括扩压段（7）及掺混段（8），放气接头的扩压段（7）连接所述排气管路（4）的末端，扩压段（7）的内径相对于所述排气管路（4）的内径更大，掺混段（8）设置在扩压段的出口处，并在掺混段（8）的外壳上具有若干连通发动机外涵流道（5）的排气孔（9）；
其中，所述掺混段（8）具有一圆筒状的掺混区域，以及设置在掺混区域顶端的球面端盖，所述球面端盖上布置有所述排气孔（9），所述排气孔（9）伸入发动机外涵流道（5）内，且掺混区域与球面端盖的连接端具有相对于外涵机匣（11）外表面一定高度；
其中，高温高压气体来流途经排气管路（4）进入放气接头（6）时，高温高压气体首先在扩压段（7）减速增压，接着高温高压气体在掺混段（8）中与外涵气流进行预掺混，降低排气温度，最后高温高压气体通过排气孔（9）均匀的排入外涵流道中。
2.如权利要求1所述的航空发动机压气机引气结构，其特征在于，所述扩压段（7）具有锥形斜面，扩压段（7）一端连接在所述排气管路（4）的出口处，并向另一端呈喇叭口扩张，所述扩压段（7）末端连接掺混段（8）。
3.如权利要求1所述的航空发动机压气机引气结构，其特征在于，所述放气接头（6）的掺混段（8）穿过所述发动机外涵流道（5）的外涵机匣（11），并通过封严结构（10）进行密封。
4.如权利要求3所述的航空发动机压气机引气结构，其特征在于，所述封严结构（10）采用耐高温的橡胶材质制成。
5.如权利要求1所述的航空发动机压气机引气结构，其特征在于，所述耐高温的橡胶材质包括硅橡胶。
6.如权利要求5所述的航空发动机压气机引气结构，其特征在于，多个所述放气接头（6）沿发动机外涵流道（5）环面周向均匀布置，多个所述放气接头（6）均连接至同一排气管路（4）。
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