CN115949970B - 一种旋流器叶片及旋流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流器叶片及旋流器，其中该旋流器叶片包括第一组件和第二组件；所述第一组件包括两个相互铰接的第一摆扇；所述第二组件包括第二摆扇和限位件；所述第二摆扇为圆弧状，所述限位件为两个，两所述限位件均与所述第二摆扇连接，且两所述限位件均与所述第二摆扇相切；两所述第一摆扇分别与两所述限位件滑动连接，以使两所述第一摆扇的铰接中心能够靠近或远离所述第二摆扇。本发明能够同时改善点熄火性能和壁面热防护的效果。

Description

一种旋流器叶片及旋流器

技术领域

本发明涉及航空发动机燃烧室技术领域，具体涉及一种旋流器叶片及旋流器。

背景技术

随着航空发动机技术的进步，发动机燃烧室逐渐朝着高温升、低排放、高寿命的方向发展，对燃烧室点熄火性能和壁面热防护的要求也越来越高。旋流器作为影响主燃区流动的主要零组件之一，其结构设计是改善点熄火性能和壁面热防护的重要手段之一，因此技术进步对燃烧室头部旋流器的设计也提出了新挑战。目前，主燃烧室旋流器下游主要有贴壁流场和锥形流场两种流动形态，通过旋流器最外级旋流叶片采用不同旋流角度的方式，可以分别实现贴壁流场和锥形流场。当最外级旋流叶片偏转角度较小时，旋流流动的张角较小，燃烧室边角存在角回流区，旋流器下游形成锥形流场，流动和燃烧主要发生在远离壁面的中心区域，有利于壁面热防护，但由于张角较小，燃油扩散受到一定限制，点熄火性能较差。当最外级旋流叶片偏转角度较大时，旋流张角较大，形成贴壁流场，大尺寸的回流区更有利于燃油扩散和油气混合，改善点熄火性能，但燃烧更加靠近壁面，壁面温度过高，不利于壁面热防护。现有的相关申请专利在实现叶片角度可调的同时不能实现叶片伸缩，这样会使得旋流偏转角度较大时，叶片无法伸长，不同充分利用旋流通道空间组织旋流流动，偏转角度较小时，叶片无法缩短，致使叶片有可能伸出旋流通道外与其他结构形成干涉，如专利文件号CN114087625A所示结构。此外，现有的可伸缩叶片技术主要是平板叶片类型，在作为旋流器叶片时会造成气流流过叶片入口端时发生严重的流动分离，产生大量湍流涡团，增加流阻损失，如专利文件号CN109505779A所示技术。

综上所述，如何同时改善点熄火性能和壁面热防护的效果，是本领域亟待解决的重要问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋流器叶片及旋流器，以解决现有技术中的不足，它能够同时改善点熄火性能和壁面热防护的效果。

本发明提供了一种旋流器叶片，其中：包括第一组件和第二组件；

所述第一组件包括两个相互铰接的第一摆扇；

所述第二组件包括第二摆扇和限位件；所述第二摆扇为圆弧状，所述限位件为两个，两所述限位件均与所述第二摆扇连接，且两所述限位件均与所述第二摆扇相切；

两所述第一摆扇分别与两所述限位件滑动连接，以使两所述第一摆扇的铰接中心能够靠近或远离所述第二摆扇。

如上所述的旋流器叶片，其中，可选的是：所述第二组件还包括支撑板，所述支撑板为两个，两所述支撑板分别与两所述限位件固定连接；

两所述支撑板铰接，且两所述支撑板的铰接中心与第二摆扇对应的中心线重合；

所述第二摆扇包括第一圆弧板和第二圆弧板；所述第一圆弧板和所述第二圆弧板分别与两所述支撑板固定连接；

所述第一圆弧板与所述第二圆弧板沿周向滑动连接。

如上所述的旋流器叶片，其中，可选的是：所述第二摆扇还包括第三圆弧板，所述第一圆弧板和所述第三圆弧板与同一个所述支撑板固定连接，所述第一圆弧板的中心线与所述第三圆弧板的中心线重合；

所述第一圆弧板、所述第二圆弧板和所述第三圆弧板对应的直径依次减小；所述第一圆弧板与所述第三圆弧板之间形成有供所述第二圆弧板沿周向滑动的滑槽。

如上所述的旋流器叶片，其中，可选的是：所述限位件包括第一直板和第二直板，所述第一直板与所述第二直板平行设置，所述第一直板与所述第二直板之间形成有供对应的所述第一摆扇滑动的滑槽。

如上所述的旋流器叶片，其中，可选的是：所述第二直板位于所述第一组件的内侧，所述第二直板上设有通孔和/或所述第二直板上设有缺口。

如上所述的旋流器叶片，其中，可选的是：所述第一直板与所述第一圆弧板相切。

本发明还提出了一种旋流器，其中：包括旋流器本体、调节齿轮和多个如上述任一项所述的旋流器叶片；

所述调节齿轮上设有同轴的安装孔，所述旋流器本体安装在所述安装孔内，且所述旋流器本体与所述调节齿轮之间能够相对转动；

所述旋流器叶片的所述第一组件与所述旋流器本体转动连接，所述旋流器叶片的所述第二组件与所述调节齿轮转动连接；以使得在所述调节齿轮相对所述旋流器本体转动时，能够改变所述旋流器叶片的长度及角度。

如上所述的旋流器，其中，可选的是：还包括全环内齿轮，所述调节齿轮与所述全环内齿轮啮合。

如上所述的旋流器，其中，可选的是：还包括全环内齿轮，所述旋流器叶片的数量为多个，且多个所述旋流器叶片绕所述调节齿轮的中心线均匀分布。

如上所述的旋流器，其中，可选的是：所述旋流器叶片的数量为6到14个。

与现有技术相比，本发明所提出的旋流器叶片，由第一组件与第二组件构成，能够实现角度及长度的调整，采用可伸缩的水滴型构型充分利用旋流通道空间，同时降低流阻损失，实现旋流器下游流场在贴壁流场和锥形流场之间的自由转换，针对不同工况，通过改变旋流叶片角度，匹配合适的旋流流场，达到调控燃烧组织的目的，可实现同时改善点熄火性能和壁面热防护的效果。

在点火或贫油燃烧过程中，适当增大最外级径向旋流叶片偏转角度，形成贴壁流场，改善点、熄火性能。在稳定燃烧过程中，适当减小最外级径向旋流叶片偏转角度，形成锥形流场，减小壁面热负荷。因此，本发明同时具备了贴壁流场和锥形流场的优势，兼顾了点熄火性能和壁面热防护的需求。

本发明设计的可调水滴型旋流叶片，在进行旋流角度调节的同时，可实现旋流器叶片的自由伸缩，自动沿旋流方向伸缩至布满整个旋流通道，充分利用旋流通道的空间。第二摆扇为圆弧状，形成水滴型结构，在伸缩和旋转过程中，始终保证圆弧段与直线段相切，形成圆弧段和直线段的光滑过渡。相比直板型叶片，可有效减小进口端的流动分离现象，降低流动阻力和能量损失。

本发明提出的旋流器叶片，可应用于多级径向旋流器或某一级采用径向旋流的多级旋流器上，可用本发明中提出的旋流器叶片替代原径向旋流叶片，且

对原旋流器构型尺寸影响较小，每一级旋流器叶片均可通过各自全环内齿轮进

行角度的灵活偏转，更新配置最优的控制策略，通过控制转动装置可灵活匹配任意角度的多级旋流组合，动态调控旋流流场，实时满足不同发动机工况对旋

流流场的要求。

附图说明

图1是本发明提出的旋流器叶片在不同视角下的立体图；

图2是本发明提出的第一组件的结构示意图；

图3是本发明提出的第二组件的结构示意图；

图4是本发明提出的旋流器叶片的原理示意图；

图5是旋流器叶片的工作状态对比图；

图6是本发明提出的旋流器的立体图；

图7是本发明提出的旋流器叶片的安装结构示意图；

图8是本发明提出的旋流器叶片在不同状态下的示意图；

图9是本发明提出的调节齿轮与全环内齿轮的安装结构示意图；

图10是本发明提出的调节齿轮与全环内齿轮配合的立体图；

图11是本发明提出的旋流器的安装结构示意图；

图12是本发明提出的调节齿轮与全环内齿轮的结构示意图。

附图标记说明：

1－旋流器叶片，2－旋流器本体，3－调节齿轮，4－全环内齿轮；

11－第一组件，12－第二组件；

111－第一摆扇；112－第一旋转轴；

121－第二摆扇，122－限位件，123－支撑板，124－第二旋转轴，125－缺口；

1211－第一圆弧板，1212－第二圆弧板，1213－第三圆弧板；

1221－第一直板，1222－第二直板。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例1

请参照图1到图5，本实施例提出了一种旋流器叶片，其中：包括第一组件11和第二组件12。第一组件11和第二组件12用于组合形成旋流器叶片。

请参照图2，第一组件11包括两个相互铰接的第一摆扇111。具体地，两第一摆扇111边沿处相互铰接。具体实施时，两第一摆扇111均为矩形。

具体地，请参照图3，第二组件12包括第二摆扇121和限位件122。具体地，第二摆扇121为圆弧状，限位件122为两个，两限位件122均与第二摆扇121连接，且两限位件122均与第二摆扇121相切。如此，能够使第一组件11与第二组件12构成一个截面为水滴形的结构，在伸缩和转动过程中，始终保证圆弧段与直线段相切，形成圆弧段和直线段的光滑过渡，如图4所示。请参照图5，相比直板型叶片，可减小甚至消除流动分离区，能够有效减小旋流器叶片进口端的流动分离现象，降低流动阻力和能量损失。

两第一摆扇111分别与两限位件122滑动连接，以使两第一摆扇111的铰接中心能够靠近或远离第二摆扇121。

具体使用时，由于第一组件11与第二组件12之间能够相对滑动，从而调节旋流器叶片1的长度。使用时，将第一组件11与旋流器本体2铰接，将第二组件12与调节齿轮3铰接，通过转动调节齿轮3就能够实现旋流器叶片1的长度调节和角度的调节。具体实施时，第一组件11还包括第一旋转轴112，两第一摆扇111通过第一旋转轴112铰接；第一旋转轴112固定在旋流通道内，而当旋流器的调节齿轮3转动时，由于第二组件12与调节齿轮3转动连接，带动旋流器叶片1发生旋转和伸缩，实现叶片的径向偏转角度调节。即，通过以上结构，能够实现旋流器叶片的长度调节和角度调节。

具体地，当第一组件11与第二组件12之间发生相对滑动时，两第一摆扇111的铰接中心线与第二摆扇121之间的距离发生变化，相应地，两第一摆扇111之间的角度也发生变化，为了使限位件122能够适应在调节过程中，两第一摆扇111之间的角度变化，本实施例还作了进一步改进，具体地，第二组件12还包括支撑板123，支撑板123为两个，两支撑板123分别与两限位件122固定连接；两支撑板123铰接，且两支撑板123的铰接中心与第二摆扇121对应的中心线重合。具体地，支撑板123可以设置在限位件122与第二摆扇121的连接处，且沿第二摆扇121的径向方向设置。第二摆扇121设置为半圆柱面状，两支撑板123通过第二旋转轴124转动连接，较佳地，第二旋转轴124的中心线与第二摆扇121对应半圆柱面的中心线重合。

更具体地，第二摆扇121包括第一圆弧板1211和第二圆弧板1212；第一圆弧板1211和第二圆弧板1212分别与两支撑板123固定连接。第一圆弧板1211与第二圆弧板1212沿周向滑动连接。在实施时，第一圆弧板1211和第二圆弧板1212均为半圆柱面状，且，第一圆弧板1211对应的半圆柱面的中心线、第二圆弧板1212对应的半圆柱面的中心线与第二旋转轴124的中心线三者重合。如此，当两限位件122发生相对转动时，无论两限位件122处于何种位置，均能够保证两限位件122与第一圆弧板1211相切。

在具体实施时，为了保证连接的刚性，第二摆扇121还包括第三圆弧板1213，第一圆弧板1211和第三圆弧板1213与同一个支撑板123固定连接，第一圆弧板1211的中心线与第三圆弧板1213的中心线重合。第一圆弧板1211、第二圆弧板1212和第三圆弧板1213对应的直径依次减小；第一圆弧板1211与第三圆弧板1213之间形成有供第二圆弧板1212沿周向滑动的滑槽。在具体实施时，当第一圆弧板1211与第二圆弧板1212的连接刚度足够时，也可以取消第三圆弧板1213的设置。

在具体实施时，为保证限位件122与第一摆扇111之间的连接刚度，限位件122包括第一直板1221和第二直板1222，第一直板1221与第二直板1222平行设置，第一直板1221与第二直板1222之间形成有供对应的第一摆扇111滑动的滑槽。安装时，第一摆扇111位于第一直板1221与第二直板1222之间。即，第一摆扇111能够在对应的滑槽内滑动。第一直板1221与第一圆弧板1211相切，即，第一直板1221与第一圆弧板1211所在圆柱面相切。

请参照图3，为防止旋流器叶片1内部空气在旋流器叶片伸缩时被膨胀和压缩，在第二摆扇121和/或限位件122的内层增加了缺口125，使得旋流器叶片1内部空气连通。再通过旋流器叶片1与调节齿轮3的缝隙，达到旋流器叶片1内部与外流场相连通的作用，避免内部气体形成封闭，也可通过在调节齿轮上3打通孔的方式将旋流器叶片1内部与外流场连通。具体地，第二直板1222位于第一组件11的内侧，第二直板1222上设有通孔和/或第二直板1222上设有缺口125。

实施例2

本实施例是实施例1的一种具体应用，相同之处不再赘述，以下仅对不同之处予以说明。

请参照图6到图12，本实施例提出了一种旋流器，其中：包括旋流器本体2、调节齿轮3和多个如实施例1的旋流器叶片1。调节齿轮3用于调节旋流器叶片1的长度和角度。

调节齿轮3上设有同轴的安装孔，旋流器本体2安装在安装孔内，且旋流器本体2与调节齿轮3之间能够相对转动。

请参照图7到图9，旋流器叶片1的第一组件11与旋流器本体2转动连接，旋流器叶片1的第二组件12与调节齿轮3转动连接；以使得在调节齿轮3相对旋流器本体2转动时，能够改变旋流器叶片1的长度及角度。即，当调节齿轮3相对于旋流器叶片1转动时，第一组件11与第二组件12之间的距离发生变化，使得第一组件11与第二组件12之间发生相对移动，同时产生角度变化。从而实现对于旋流器叶片1的长度和角度的调节。

具体地，为使旋流器下游流场匹配燃烧室点火和慢车贫油燃烧工况、以及稳定燃烧过程的巡航工况等，实施例提出的旋流器使用可调水滴型旋流器叶片1实现旋流器叶片1偏转角度可调节。在点火或慢车贫油燃烧阶段，通过调节齿轮3带动旋流器叶片1转动，增大旋流叶片角度，在旋流器下游形成贴壁流场，优化主燃区燃油的扩散与分布，改善燃烧室点熄火性能。在巡航等稳定燃烧阶段，按上述途径向反方向调节调节齿轮3，减小旋流叶片角度，在下游形成锥形流场，使旋流燃烧主要集中在远离壁面区域，在稳定燃烧的过程中降低火焰筒壁温过高的风险。

请参照图8，(a)为旋流器齿轮逆时针转动，带动叶片向左偏移的情况。(b)为第一旋转轴112与第二旋转轴124正对，叶片无偏转的情况。(c)为旋流器齿轮顺时针转动，带动旋流器叶片1向右偏移的情况。即，通过前述结构，针对每个旋流器，都能够实现以上三种状态的调节。

请参照图10和图11，具体地，在使用时，旋流器的数量通常为多个，为了同步控制多个旋流器，还包括全环内齿轮4，调节齿轮3与全环内齿轮4啮合。全环内齿轮4为一齿圈，多个旋流器设置在齿圈的内部，每个旋流器上的调节齿轮3均与该全环内齿轮4啮合。外力转动全环内齿轮4，通过全环内齿轮4与调节齿轮的啮合作用带动调节齿轮转动。进而实现对于旋流器叶片1的长度及角度的调节。

在具体实施时，旋流器叶片1的数量为多个，且多个旋流器叶片1绕调节齿轮3的中心线均匀分布。较佳地，旋流器叶片1的数量为6到14个。实施时，旋流器叶片1的数量可以是6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个或14个，其中，优选10个。

在具体实施时，本实施例所提出的旋流器可以是多级旋流器，多级旋流器可采用二级旋流器或三级旋流器。当为二级旋流器时，一级旋流器为本实施例中所指的旋流器本体，当为三级旋流器时，为第一级和第二级旋流组件为本实施例中所指的旋流器本体。当然，在其他实现方式中，也可以用实施例1中所提出的旋流器叶片1替代各级旋流器中的部分或全部叶片。每一级旋流器叶片1均可通过各自全环内齿轮4进行角度地灵活偏转，通过控制转动装置可灵活匹配任意角度的多级旋流组合，动态调控旋流流场，实时满足不同发动机工况对旋流流场的要求。

具体实施时，控制装置(图中未示出)控制旋转角度，保证叶片偏转在最大偏转角范围内运动，防止直线段摆扇与圆弧段摆扇发生脱离。具体地，可采用控制电机驱动控制齿轮与全环内齿轮4啮合的形式，实现对全环内齿轮4旋转控制。也可通过其他传动方式控制全环内齿轮4转动。全环内齿轮4带动调节齿轮3周向转动，从而带动固定于调节齿轮上的第二旋转轴124周向移动，而另一侧第一旋转轴112与旋流器本体2相连，位置固定不变，从而使得旋流器叶片1的偏转角度发生改变，同时旋流器叶片1的长度随之相应伸长或缩短，且限位件122与第二摆扇始终保持相切关系，保证叶片形线光滑过渡。

在具体实施时，固定级旋流组件(即，旋流器本体)安装时，可采用斜切孔、径向旋流叶片、轴向旋流叶片的方式实现进气气流的旋流流动。

请参照图12，调节齿轮3安装方式为：通过旋流器本体的轴肩凸台和旋流器叶片1对齿轮轴向位移进行限制，实现轴向两个方向的固定，并可在实现周向旋转运动。全环内齿轮4的轴向定位可通过在调节齿轮3上加工凸台，在全环内齿轮4上加工凹槽方式实现。通过控制转动装置来调控全环内齿轮4的周向转动，全环内齿轮4与调节齿轮3啮合，带动每个调节齿轮周向转动。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所做的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种旋流器叶片，其特征在于：包括第一组件(11)和第二组件(12)；

所述第一组件(11)包括两个相互铰接的第一摆扇(111)；

所述第二组件(12)包括第二摆扇(121)和限位件(122)；所述第二摆扇(121)为圆弧状，所述限位件(122)为两个，两所述限位件(122)均与所述第二摆扇(121)连接，且两所述限位件(122)均与所述第二摆扇(121)相切；

两所述第一摆扇(111)分别与两所述限位件(122)滑动连接，以使两所述第一摆扇(111)的铰接中心能够靠近或远离所述第二摆扇(121)。

2.根据权利要求1所述的旋流器叶片，其特征在于：所述第二组件(12)还包括支撑板(123)，所述支撑板(123)为两个，两所述支撑板(123)分别与两所述限位件(122)固定连接；

两所述支撑板(123)铰接，且两所述支撑板(123)的铰接中心与第二摆扇(121)对应的中心线重合；

所述第二摆扇(121)包括第一圆弧板(1211)和第二圆弧板(1212)；所述第一圆弧板(1211)和所述第二圆弧板(1212)分别与两所述支撑板(123)固定连接；

所述第一圆弧板(1211)与所述第二圆弧板(1212)沿周向滑动连接。

3.根据权利要求2所述的旋流器叶片，其特征在于：所述第二摆扇(121)还包括第三圆弧板(1213)，所述第一圆弧板(1211)和所述第三圆弧板(1213)与同一个所述支撑板(123)固定连接，所述第一圆弧板(1211)的中心线与所述第三圆弧板(1213)的中心线重合；

所述第一圆弧板(1211)、所述第二圆弧板(1212)和所述第三圆弧板(1213)对应的直径依次减小；所述第一圆弧板(1211)与所述第三圆弧板(1213)之间形成有供所述第二圆弧板(1212)沿周向滑动的滑槽。

4.根据权利要求2所述的旋流器叶片，其特征在于：所述限位件(122)包括第一直板(1221)和第二直板(1222)，所述第一直板(1221)与所述第二直板(1222)平行设置，所述第一直板(1221)与所述第二直板(1222)之间形成有供对应的所述第一摆扇(111)滑动的滑槽。

5.根据权利要求4所述的旋流器叶片，其特征在于：所述第二直板(1222)位于所述第一组件(11)的内侧，所述第二直板(1222)上设有通孔和/或所述第二直板(1222)上设有缺口。

6.根据权利要求4所述的旋流器叶片，其特征在于：所述第一直板(1221)与所述第一圆弧板(1211)相切。

7.一种旋流器，其特征在于：包括旋流器本体(2)、调节齿轮(3)和多个如权利要求1－6任一项所述的旋流器叶片(1)；

所述调节齿轮(3)上设有同轴的安装孔，所述旋流器本体(2)安装在所述安装孔内，且所述旋流器本体(2)与所述调节齿轮(3)之间能够相对转动；

所述旋流器叶片(1)的所述第一组件(11)与所述旋流器本体(2)转动连接，所述旋流器叶片(1)的所述第二组件(12)与所述调节齿轮(3)转动连接；以使得在所述调节齿轮(3)相对所述旋流器本体(2)转动时，能够改变所述旋流器叶片(1)的长度及角度。

8.根据权利要求7所述的旋流器，其特征在于：还包括全环内齿轮(4)，所述调节齿轮(3)与所述全环内齿轮(4)啮合。

9.根据权利要求7所述的旋流器，其特征在于：所述旋流器叶片(1)的数量为多个，且多个所述旋流器叶片(1)绕所述调节齿轮(3)的中心线均匀分布。

10.根据权利要求7所述的旋流器，其特征在于：所述旋流器叶片(1)的数量为6到14个。