CN116480630A - 动态环形叶栅和压气机环形叶栅动态实验装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于叶轮机械实验测试技术领域，提供了动态环形叶栅和压气机环形叶栅动态实验装置。该动态环形叶栅包括：进口导叶段机匣内部设有进口导叶段内侧管道，进口导叶段内侧管道与进口导叶段机匣之间形成第一装配区；多个进口导流叶片，以进口导叶段内侧管道的中线为轴心，依次环向设置于第一装配区内；多个第一调节机构依次环向设置于进口导叶段机匣上，第一调节机构的执行端贯穿进口导叶段机匣的外壳，与对应位置的进口导流叶片相连接，使得每个进口导流叶片独立旋转调节安装角。本申请提供的动态环形叶栅，通过在每一个进口导叶及出口导叶配置驱动电机，导叶动态以及整体或局部的角度调节，实现对来流条件周向非均匀度的控制。

Description

动态环形叶栅和压气机环形叶栅动态实验装置

技术领域

本发明涉及叶轮机械实验测试技术领域，提供了一种动态环形叶栅和压气机环形叶栅动态实验装置。

背景技术

为了满足航空发动机高推重比发展要求，压气机叶片逐渐采用轻量化、高负荷整体叶盘设计。随着叶片单级负荷的不断增大，叶片气动弹性问题越来越显著。叶片气动弹性问题的激励源复杂，现有实验研究中能够用于校验气动弹性模型、开发气动弹性设计工具的基础研究数据十分稀缺。

相比其他实验装置，压气机环形叶栅具有试验成本低、测量布置简易可靠，且由于其周向不封闭的特点能够模拟周向传递的行波，是目前气动弹性基础研究领域最重要的实验装置。专利CN114689329A公开了一种环形叶栅试验台，利用环形叶栅周向无限性解决了平面叶栅中振动及气动激励沿周向受到抑制或者反射干扰的壁面效应问题，通过替换试验段的方式解决了多叶栅参数实验问题。

随着发动机性能的不断提升，压气机在过渡态下叶片气动弹性问题愈发突出，在基础试验方面，缺少能够模拟过渡态下叶片气动弹性现象的基础试验装置。专利CN114992167A公开了一种环形叶栅外通道的导叶安装角调节装置，通过叶顶连接轴、法兰座、传动杆、关节轴承、联动拉杆、滚轮架以及驱动套环，可以实现环形叶栅外通道同排导叶安装角同步且平稳的调整。

上述设计是通过整体联动方式调节导叶安装角，只能在环向上同步调整，无法根据试验需求控制某些周向位置来流条件。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的环形叶栅试验装置导叶安装角的调整采用整体联动方式，无法根据试验需求控制某些周向位置来流条件，现有调节装置通常固定于机匣表面，在实现控制的同时不可避免的引入新的振动源，给压气机叶片气动弹性实验引入干扰，从而提供一种动态环形叶栅和压气机环形叶栅动态实验装置。

为了解决上述问题，本发明提供了一种动态环形叶栅，包括：进口导叶段机匣，所述进口导叶段机匣内部设有进口导叶段内侧管道，所述进口导叶段内侧管道与所述进口导叶段机匣之间形成第一装配区；

多个进口导流叶片，以所述进口导叶段内侧管道的中线为轴心，环向设置于第一装配区内；

多个第一调节机构，与多个所述进口导流叶片一一对应设置，多个第一调节机构依次环向设置于进口导叶段机匣上，每个所述第一调节机构的执行端贯穿进口导叶段机匣的外壳后与对应的所述进口导流叶片相连接，使得每个所述进口导流叶片独立旋转调节安装角。

在一个实施例中，还包括：

出口导叶段机匣，所述出口导叶段机匣内部设有出口导叶段内侧管道，所述出口导叶段内侧管道与所述出口导叶段机匣之间形成第二装配区；

多个出口导流叶片，以所述出口导叶段内侧管道的中线为轴心，环向设置于第二装配区内；

多个第二调节机构，与多个所述出口导流叶片一一对应设置，多个第二调节机构依次环向设置于出口导叶段机匣上，每个第二调节机构的执行端贯穿出口导叶段机匣的外壳后与对应的所述出口导流叶片相连接，使得每个所述出口导流叶片独立旋转调节安装角。

在一个实施例中，所述第一调节机构包括：

进口直流电机，所述进口直流电机具有转动输出端；

第一角度调节轴，所述第一角度调节轴的一端与进口导流叶片相连接，所述第一角度调节轴的另一端通过进口联轴器与进口直流电机的转动输出端相连接。

在一个实施例中，所述第二调节机构包括：

出口直流电机，所述出口直流电机具有转动输出端；

第二角度调节轴，所述第二角度调节轴的一端与出口导流叶片相连接，第二角度调节轴的另一端通过出口联轴器与所述出口直流电机的转动输出端相连接。

在一个实施例中，所述进口导叶段机匣通过支撑段机匣与出口导叶段机匣连通固定，形成导流通道，通过进口直流电机驱动第一角度调节轴转动，以调节对应连接的进口导流叶片的安装角或/和通过出口直流电机驱动第二角度调节轴，以调节对应连接的出口导流叶片的安装角。

在一个实施例中，所述进口直流电机外壁套装第一安装座，所述第一安装座与进口导叶段机匣的外壁相对固定；所述出口直流电机外壁套装第二安装座，所述第二安装座与出口导叶段机匣的外壁相对固定。

在一个实施例中，还包括减震机构，所述减震机构包括：

多个第一固定杆，所述第一固定杆的两端分别与相邻的所述第一安装座相连接，形成第一固定杆与第一安装座间隔设置相连的第一环状结构；

一对进口连接杆，任一进口连接杆设置于第一固定杆上，一对进口连接杆的连线与水平面平行；

一对进口支撑座，分别与一对进口连接杆相连接；

多个第二固定杆，所述第二固定杆的两端分别与相邻的所述第二安装座相连接，形成第二固定杆与第二安装座间隔设置相连的第二环状结构；

一对出口连接杆，任一出口连接杆设置于第二固定杆上，一对出口连接杆的连线与水平面平行；

一对出口支撑座，分别与一对出口连接杆相连接。

本发明还提供了一种压气机环形叶栅动态实验装置，包括根据上述所述的动态环形叶栅。

本发明具有以下优点：

1、通过为每一个进口导叶及出口导叶配置驱动电机，通过电机实时控制进口导叶及出口导叶安装角，实现来流条件(如攻角、流量等)的动态调节；

2、通过调整局部电机参数控制局部进口导叶以及出口导叶安装角，实现对来流条件周向非均匀度的控制，具备模拟由于加工、安装、进气畸变、排气畸变等导致的气流周向非均匀的试验能力；

3、通过电机安装座与安装座固定杆连接并通过连接杆、支撑座与地面固连，切断了电机运动产生的振动导向机匣的传递路径，减小了环形叶栅本体振动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的动态环形叶栅的外部结构示意图；

图2为本发明中的动态环形叶栅的内部结构示意图；

附图标记说明：

1—进口段机匣；11—进口导流锥；

2—进口导叶段机匣；21—进口段内侧管道；

31—进口直流电机；32—第一安装座；33—进口联轴器；34—第一固定杆；35—进口连接杆；36—进口支撑座；37第一角度调节轴；38—进口导流叶片；

4—试验段机匣；41—试验段内侧管道；42—试验叶片；

5—支撑段机匣；51—支撑段内侧管道；52—支撑叶片；

6—出口导叶段机匣；61—出口导叶段内侧管道；

71—出口直流电机；72—第二安装座；73—出口联轴器；74—第二固定杆；75—出口连接杆；76—出口支撑座；77—第二角度调节轴；78—出口导流叶片；

81—出口导流锥。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

申请概述

目前，环形叶栅外通道同排导叶安装角度的调节是通过叶顶连接轴、法兰座、传动杆、关节轴承、联动拉杆、滚轮架以及驱动套环，步进电机转动带动驱动套环携带联动拉杆一同转动，联动拉杆实现旋转运动的同时，通过关节轴承和活节螺栓将周向力转换为传动杆所需的旋转力矩，传动杆带动导叶旋转实现导叶的安装角的改变，因为安装角和攻角变化数值一致，进而实现导叶来流攻角的调节。

示例性动态环形叶栅

图1为一种动态环形叶栅的外部结构示意图，该动态环形叶栅，包括：进口导叶段机匣2，该进口导叶段机匣2为两端开放的圆筒形结构，进口导叶段机匣2的内部设有进口导叶段内侧管道21，该进口导叶段内侧管道21为圆柱状结构，进口导叶段内侧管道21套装在进口导叶段机匣2内，且进口导叶段内侧管道21与进口导叶段机匣2同轴设置，由于进口导叶段内侧管道21和进口导叶段机匣2之间存在半径差，进口导叶段内侧管道21与进口导叶段机匣2之间形成第一装配区；多个进口导流叶片38，以进口导叶段内侧管道21的中线为轴心，依次环向设置于第一装配区内；多个第一调节机构，与多个进口导流叶片38一一对应设置，多个第一调节机构依次环向设置于进口导叶段机匣2上，第一调节机构的执行端贯穿进口导叶段机匣2的外壳，当第一调节机构的执行端进入进口导叶段机匣2内部的第一装配区后，每个第一调节机构的执行端与对应位置的进口导流叶片38相连接，使得每个进口导流叶片38独立旋转调节安装角，如图2所示，进口导流锥11、进口导叶段内侧管道21、试验段内侧管道、支撑段内侧管道51、出口导叶段内侧管道61以及出口导流锥81依次连接，形成试验主体通道。

需要进一步指出的是，每一个第一调节机构的设定的位置是与进口导流叶片38所在的位置相适应，进口导流叶片38环向设置在进口导叶段机匣2内，且与进口导叶段内侧管道21相对独立，第一调节机构的旋转端连接进口导流叶片38，实现进口导流叶片38的旋转，在试验过程中，根据对来流条件周向非均匀度的控制，具备模拟由于加工、安装、进气畸变、排气畸变等导致的气流周向非均匀的试验能力，通过依次环形设置的进口直流电机的执行端旋转，单一调节其中一个进口导流叶片38的安装角或者调节局部某几个进口导流叶片38的安装角，进口直流电机的驱动非联动性，提高了进口导流叶片38的安装角的灵活性：单一或局部多个或整体调节。

在一个实施例中，还包括：出口导叶段机匣6，该出口导叶段机匣6亦是两端开放的圆筒形结构，出口导叶段机匣6内部设有出口导叶段内侧管道61，该出口导叶段内侧管道61亦为圆柱状结构，由于出口导叶段内侧管道61与出口导叶段机匣6之间存在半径差，出口导叶段内侧管道61与出口导叶段机匣6之间形成第二装配区；多个出口导流叶片78，以出口导叶段内侧管道61的中线为轴心，依次环向设置于第二装配区内；多个第二调节机构，与多个出口导叶段内侧管道61一一对应设置，多个第二调节机构依次环向设置于出口导叶段机匣6上，第二调节机构的执行端贯穿出口导叶段机匣6的外壳，当第二调节机构的执行端进入第二装配区后，与对应位置的出口导流叶片78相连接，使得每个出口导流叶片78独立旋转调节安装角，在试验过程中，根据试验的需要，选择调节出口导流叶片78或者进口导流叶片38或者出口导流叶片78和进口导流叶片38同时进行调节，本实施例中的进口直流电机和出口直流电机为调节出口导流叶片78或者进口导流叶片38的单独调节或者配合调节提供驱动。

需要进一步指出的是，每一个第二调节机构的设定的位置是与出口导流叶片78所在的位置相适应，出口导流叶片78环向设置在出口导叶段机匣6内，且与出口导叶段内侧管道61相对独立，第二调节机构的旋转端连接出口导流叶片78，实现出口导流叶片78的旋转。

在一个实施例中，第一调节机构包括：进口直流电机31，进口直流电机31具有转动输出端；第一角度调节轴37，第一角度调节轴的一端与进口导流叶片38相连接，另一端通过进口联轴器33与进口直流电机31的转动输出端相连接。

需要进一步指出的是，每一个进口直流电机对应一个进口导流叶片38，进口直流电机的控制器接收上位机发出的脉冲信号，触发进口直流电机旋转，以带动通过进口联轴器37相连接的进口导流叶片38旋转一定角度，脉冲信号的长短可以通过上位机输出进行调节，以适应进口导流叶片38的安装角的不同调节要求。

在一个实施例中，第二调节机构包括：出口直流电机71，出口直流电机71具有转动输出端；第二角度调节轴77，第二角度调节轴的一端与出口导流叶片78相连接，另一端通过出口联轴器73与出口直流电机71的转动输出端相连接。

需要进一步指出的是，每一个出口直流电机71对应一个出口导流叶片78，出口直流电机71的控制器接收上位机发出的脉冲信号，触发进口直流电机旋转，以带动通过出口联轴器77相连接的出口导流叶片78旋转一定角度，脉冲信号的长短可以通过上位机输出进行调节，以适应出口导流叶片78的安装角的不同调节要求。

在一个实施例中，进口导叶段机匣2通过支撑段机匣5与出口导叶段机匣6连通固定，形成导流通道，通过进口直流电机31驱动第一角度调节轴37转动，以调节对应连接的进口导流叶片38的安装角或/和通过出口直流电机71驱动第二角度调节轴77，以调节对应连接的出口导流叶片78的安装角。

进一步，进口直流电机31外壁套装第一安装座32，第一安装座32与进口导叶段机匣2的外壁相对固定；出口直流电机71外壁套装第二安装座72，第二安装座72与出口导叶段机匣6的外壁相对固定。

需要进一步指出的是，利用进口直流电机31调节每个进口导流叶片38，利用出口直流电机71调节每个出口导流叶片78，进口直流电机31和出口直流电机71作为引入的新的振动源，在试验中为了减小其干扰，需要将进口直流电机31产生的震动导离进口导叶段机匣2，将出口直流电机71产生的震动导离出口导叶段机匣6，为了实现导离的目的，首先，第一安装座32不接触进口导叶段机匣2，第二安装座72不接触出口导叶段机匣6，避免振动源的直接接触。

在一个实施例中，还包括减震机构，减震机构包括：多个第一固定杆34，第一固定杆34的两端分别与相邻的第一安装座32相连接，形成第一固定杆34与第一安装座32间隔设置相连的第一环状结构；一对进口连接杆35，任一进口连接杆35设置于第一固定杆34上，一对进口连接杆35的连线与水平面平行；一对进口支撑座36，分别与一对进口连接杆35相连接，需要进一步指出的是，在第一安装座32与进口导叶段机匣2不接触的基础上，需要将进口直流电机31工作产生的震动导离，利用第一固定杆34连接相邻的两个第一安装座32，第一安装座32和第一固定杆34间隔排列连接，形成第一环状结构，此时，震动可以通过接触第一环状结构的任一点进行导离，利用与第一固定杆34连接的进口连接杆35将震动传导至进口支撑座36并最终传至地面。

减震机构还包括多个第二固定杆74，第二固定杆74的两端分别与相邻的第二安装座72相连接，形成第二固定杆74与第二安装座72间隔设置相连的第二环状结构；一对出口连接杆75，任一出口连接杆75设置于第二固定杆74上，一对出口连接杆75的连线与水平面平行；一对出口支撑座76，分别与一对出口连接杆75相连接，需要进一步指出的是，在第二安装座72与出口导叶段机匣6不接触的基础上，需要将出口直流电机71工作产生的震动导离，利用第二固定杆74连接相邻的两个第二安装座72，第二安装座72和第二固定杆74间隔排列连接，形成第二环状结构，此时，震动可以通过接触第二环状结构的任一点进行导离，利用与第二固定杆74连接的出口连接杆75将震动传导至出口支撑座76并最终传至地面。

本发明还提供了一种压气机环形叶栅动态实验装置，包括根据上述所述的动态环形叶栅，在压气机环形叶栅动态试验中，通过进口直流电机和出口直流电机分别进口导流叶片38和出口导流叶片78的安装角，以实现对来流条件周向非均匀度的控制，从而模拟由于加工、安装、进气畸变、排气畸变等导致的气流周向非均匀的试验能力；通过为每一个进口导叶配置进口直流电机以及出口导叶配置出口直流电机，通过电机实时控制进口导叶及出口导叶安装角，实现来流条件(如攻角、流量等)的动态调节；

在具体的试验过程中，通过调整局部电机参数控制局部进口导叶以及出口导叶安装角，实现对来流条件周向非均匀度的控制，具备模拟由于加工、安装、进气畸变、排气畸变等导致的气流周向非均匀的试验能力；

为了进口直流电机和出口直流电机引起的新的震动影响，通过电机安装座与安装座固定杆连接并通过连接杆、支撑座与地面固连，切断了电机运动产生的振动导向机匣的传递路径，减小了环形叶栅本体振动。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种动态环形叶栅，其特征在于，包括：

进口导叶段机匣(2)，所述进口导叶段机匣(2)内部设有进口导叶段内侧管道(21)，所述进口导叶段内侧管道(21)与进口导叶段机匣(2)之间形成第一装配区；

多个进口导流叶片(38)，以所述进口导叶段内侧管道(21)的中线为轴心，环向设置于第一装配区内；

多个第一调节机构，与多个所述进口导流叶片(38)一一对应设置，多个第一调节机构依次环向设置于进口导叶段机匣(2)上，每个所述第一调节机构的执行端贯穿进口导叶段机匣(2)的外壳后与对应的所述进口导流叶片(38)相连接，使得每个所述进口导流叶片(38)独立旋转调节安装角。

2.根据权利要求1所述的动态环形叶栅，其特征在于，还包括：

出口导叶段机匣(6)，所述出口导叶段机匣(6)内部设有出口导叶段内侧管道(61)，所述出口导叶段内侧管道(61)与所述出口导叶段机匣(6)之间形成第二装配区；

多个出口导流叶片(78)，以出口导叶段内侧管道(61)的中线为轴心，环向设置于第二装配区内；

多个第二调节机构，与多个所述出口导流叶片(78)一一对应设置，多个所述第二调节机构依次环向设置于出口导叶段机匣(6)上，每个所述第二调节机构的执行端贯穿出口导叶段机匣(6)的外壳后与对应的所述出口导流叶片(78)相连接，使得每个所述出口导流叶片(78)独立旋转调节安装角。

3.根据权利要求2所述的动态环形叶栅，其特征在于，所述第一调节机构包括：

进口直流电机(31)，所述进口直流电机(31)具有转动输出端；

第一角度调节轴(37)，所述第一角度调节轴的一端与所述进口导流叶片(38)相连接，所述第一角度调节轴的另一端通过进口联轴器(33)与所述进口直流电机(31)的转动输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的动态环形叶栅，其特征在于，所述第二调节机构包括：

出口直流电机(71)，所述出口直流电机(71)具有转动输出端；

第二角度调节轴(77)，所述第二角度调节轴的一端与出口导流叶片(78)相连接，所述第二角度调节轴的另一端通过出口联轴器(73)与所述出口直流电机(71)的转动输出端相连接。

5.根据权利要求2所述的动态环形叶栅，其特征在于，所述进口导叶段机匣(2)通过支撑段机匣(5)与出口导叶段机匣(6)连通固定，形成导流通道，通过进口直流电机(31)驱动第一角度调节轴(37)转动，以调节对应连接的进口导流叶片(38)的安装角或/和通过出口直流电机(71)驱动第二角度调节轴(77)，以调节对应连接的出口导流叶片(78)的安装角。

6.根据权利要求4所述的动态环形叶栅，其特征在于，所述进口直流电机(31)外壁套装第一安装座(32)，所述第一安装座(32)与进口导叶段机匣(2)的外壁相对固定；所述出口直流电机(71)外壁套装第二安装座(72)，所述第二安装座(72)与出口导叶段机匣(6)的外壁相对固定。

7.根据权利要求4所述的动态环形叶栅，其特征在于，还包括减震机构，所述减震机构包括：

多个第一固定杆(34)，所述第一固定杆(34)的两端分别与相邻的所述第一安装座(32)相连接，形成第一固定杆(34)与第一安装座(32)间隔设置相连的第一环状结构；

一对进口连接杆(35)，任一所述进口连接杆(35)设置于第一固定杆(34)上，一对进口连接杆(35)的连线与水平面平行；

一对进口支撑座(36)，分别与一对进口连接杆(35)相连接；

多个第二固定杆(74)，所述第二固定杆(74)的两端分别与相邻的所述第二安装座(72)相连接，形成第二固定杆(74)与第二安装座(72)间隔设置相连的第二环状结构；

一对出口连接杆(75)，任一出口连接杆(75)设置于第二固定杆(74)上，一对出口连接杆(75)的连线与水平面平行；

一对出口支撑座(76)，分别与一对出口连接杆(75)相连接。

8.一种压气机环形叶栅动态实验装置，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的动态环形叶栅。