CN117685103B - 一种二次空气调节机构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮叶片冷却的技术领域，尤其是一种二次空气调节机构及方法，其包括风扇、燃气发生器、主轴、设备壳和空气调速机构，所述风扇、燃气发生器、主轴均位于设备壳的内部，所述风扇、空气调速机构、燃气发生器依次连接于主轴的外表面，所述空气调速机构包括拉杆组件和百叶窗，所述百叶窗包含若干个叶片，所述拉杆组件与其中一个叶片相连接。本发明具有根据飞机发动机处于的工况，对百叶窗的开合进行调整，提升飞机发动机的工作效率，燃料消耗降低，减少尾气排放，节省燃料支出的资金，提高流经涡轮叶片的冷空气，有利于保证涡轮叶片的安全及使用寿命，通过后台阶缝有利于集中冷气冷却换热恶劣区域的效果。

Description

一种二次空气调节机构及方法

技术领域

本发明涉及涡轮叶片冷却的技术领域，尤其是涉及一种二次空气调节机构及方法。

背景技术

目前燃气发生器常用于飞机发动机中，飞机发动机处于工作状况时，燃气发生器内温度较高，需要对燃气发生器内的高温部件进行冷却，即对涡轮进行冷却，主要为降低高温部件的固体温度，降低高温部件的温度梯度，提高高温部件的强度和寿命。

现有的一部分燃气发生器，空气调节能力不足，燃气涡轮的冷却较差，使用寿命较短。

发明内容

为了提高燃气发生器内空气调节效果，加强涡轮的冷却效果，延长涡轮的使用寿命，本发明提供一种二次空气调节机构及方法。

本发明提供的一种二次空气调节机构及方法采用如下的技术方案：

一种二次空气调节机构，包括风扇、燃气发生器、主轴、设备壳和空气调速机构，所述风扇、燃气发生器、主轴均位于设备壳的内部，所述风扇、空气调速机构、燃气发生器依次连接于主轴的外表面。

通过采用上述技术方案，风扇可以调节进入飞机发动机的空气量，通过空气调速机构对进入飞机发动机内部的空气进行二次调节。

优选的，所述空气调速机构包括拉杆组件和百叶窗，所述百叶窗包含若干个叶片，所述拉杆组件与其中一个叶片相连接。

通过采用上述技术方案，空气调速机构带动其中一个叶片进行转动，从而使得整个百叶窗发生开合。

优选的，其中一个所述叶片的外表面开设有凸槽，所述拉杆组件包括固定座，所述主轴的外表面连接有固定板，所述固定座的外表面固定连接于固定板的一侧，所述固定座的内部螺纹连接有拉杆套筒，所述拉杆套筒的内部滑动连接有拉杆，所述拉杆的一端转动连接于凸槽的内部，所述拉杆的另一端螺纹连接有两个螺母。

通过采用上述技术方案，通过拧动两个螺母，使得拉杆发生移动，通过锁紧两个螺母，使得拉杆停止移动。

优选的，所述螺母的外表面卡接有连接杆，所述连接杆的内部与螺母的外表面相适配，所述连接杆的一侧搭接于拉杆套筒的一侧。

通过采用上述技术方案，通过电机带动连接杆发生转动，从而使得螺母发生转动，带动拉杆进行移动，从而使得百叶窗发生开合。

优选的，每个所述叶片的内部均固定连接有转轴，每个所述转轴的一端均固定连接有第一齿轮，所述主轴的外表面套接有第二齿轮，每个所述第一齿轮的外表面均啮合于第二齿轮的外表面，所述转轴转动连接于主轴的外表面。

优选的，所述拉杆套筒的内部固定连接有位移传感器，所述风扇的一端固定连接有电机，所述电机输出轴的末端与连接杆的另一端传动连接。

通过采用上述技术方案，通过啮合，当其中一个叶片发生转动时，另外几个叶片同样发生转动，使得百叶窗从关闭变为开启，或使得百叶窗从开启变为闭合。

优选的，所述拉杆套筒的内部开设有滑槽一和滑槽二，所述滑槽一的内部与滑槽二的内部相连通，所述滑槽一的内部、所述滑槽二的内部均与拉杆的外表面相适配，所述滑槽一的横截面大于滑槽二的横截面。

通过采用上述技术方案，通过滑槽对拉杆进行限位。

优选的，所述燃气发生器包括高压压气机、燃烧室和涡轮，所述涡轮包括涡轮导向器，所述燃烧室出口的壁面搭接于涡轮导向器外环的端壁，所述涡轮导向器沿其外环端壁圆周阵列有若干个肋板，每个所述肋板与对应的肋板之间均开设有后台阶缝。

通过采用上述技术方案，后台阶缝通过集中冷气冷却前缘区域，有效提高了叶片前缘和压力根部的冷却效果，相比起常规冷却缝冷却，降低了端壁二次流和叶片势流效应的影响，优化涡轮230端区的冷却布局，同时与涡轮叶片本身的气膜孔配合，使得气膜孔中出流的冷气，伴随主流气体向端壁流动，进一步提升端壁气膜孔的冷却效果。

一种二次空气调节装置的调节方法，包括如下操作步骤：

电机转动连接杆，拉杆在螺母的内部其沿轴线进行移动。

步骤A：高工况时，拧动螺母，使拉杆向靠近风扇的方向移动，百叶窗打开；

步骤B：低工况时，拧动螺母，使拉杆向远离风扇的方向移动，百叶窗关闭。

通过采用上述技术方案，通过百叶窗的开合，控制流经发动机内部的空气，从而对涡轮进行冷却或加强涡轮的推力。

综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：

1.本发明设置有百叶窗，所述百叶窗位于风扇与高压压气机之间，通过控制电机，使得拉杆发生移动，进而带动百叶窗发生开合，当飞机发动机处于低工况时，关闭百叶窗，有利于飞机发动机用更少的燃料，产生更多的推力，提升飞机发动机的工作效率，燃料消耗降低，减少尾气排放，节省燃料支出的资金，风扇缓慢转动可以降低噪音污染，当飞机发动机处于高工况时，根据飞行需求，将百叶窗打开至合适的角度，提高流经涡轮叶片的冷空气，有利于保证涡轮叶片的安全及使用寿命，方便于根据飞行的高度及历程，可将百叶窗打开至不同程度；

2.本发明设置有后台阶缝，通过后台阶缝有利于集中冷气冷却换热恶劣区域，即换热叶片的前缘区域和压力面角区，同时后台阶缝配合涡轮端壁区域的叶片本身存在的气膜孔，加强涡轮端壁区域的气体流动，使得气膜孔中出流的冷气，伴随主流气体向端壁流动，端壁气膜孔的冷却效果得到提升。

附图说明

图1是本发明一种二次空气调节机构及方法的立体结构示意图。

图2是本发明实施例一一种二次空气调节机构侧视的结构示意图。

图3是图2中沿C-C线的剖视图；

图4是本发明实施例一一种二次空气调节机构位于飞机发动机内的结构示意图；

图5是本发明实施例一一种二次空气调节机构内后台阶缝的截面示意图。

附图标记说明：

100、风扇；

200、燃气发生器；210、高压压气机；220、燃烧室；230、涡轮；

300、主轴；

400、设备壳；

500、空气调速机构；510、拉杆组件；511、固定座；512、拉杆套筒；513、拉杆；514、螺母；515、连接杆；516、电机；

520、百叶窗；521、转轴；522、第一齿轮；523、第二齿轮。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

本发明实施例公开一种二次空气调节机构。

参照图1、4，包括风扇100、燃气发生器200、主轴300、设备壳400和空气调速机构500，风扇100、燃气发生器200、主轴300均位于设备壳400的内部，风扇100、空气调速机构500、燃气发生器200依次连接于主轴300的外表面，风扇100带动冷空气进入飞机发动机的内部，空气调速机构500对进入的空气进行二次调节，当空气调速机构500的百叶窗520完全关闭时，使得风扇100推动空气的速度比涡轮230慢，流经发动机的核心的额外空气比从燃烧室220和发动机后部喷出的热空气移动的慢，从而可以使得飞机发动机用更少的燃料，产生更多的推力，提升飞机发动机的工作效率，当空气调速机构500的百叶窗520开时，当空气调速机构500的百叶窗520完全打开时，使得更多的空气经过发动机核心，对发动机核心的设备壳400、燃气发生器200进行降温，百叶窗520的叶片可作为引导版，引导空气更快进入燃烧室220。

参照图1、4，空气调速机构500包括拉杆组件510和百叶窗520，百叶窗520包含若干个叶片，拉杆组件510与其中一个叶片相连接，拉杆组件510带动其中一个叶片发生转动，进而使得百叶窗520发生开合。

参照图1，其中一个叶片的外表面开设有凸槽，拉杆组件510包括固定座511，主轴300的外表面连接有固定板，固定座511的外表面固定连接于固定板的一侧，进而通过固定座511对拉杆套筒512进行限位，固定座511的内部螺纹连接有拉杆套筒512，拉杆套筒512的内部滑动连接有拉杆513，拉杆513的一端转动连接于凸槽的内部，拉杆513的另一端螺纹连接有两个螺母514，两个螺母514，固定座511通过拉杆套筒512与拉杆513进行连接，从而通过固定座511使得拉杆513与燃气发生器200进行连接。

参照图1、3，螺母514的外表面卡接有连接杆515，连接杆515的内部与螺母514的外表面相适配，连接杆515的一侧搭接于拉杆套筒512的一侧，通过连接杆515的转动，使得拉杆513发生移动；

参照图3，每个叶片的内部均固定连接有转轴521，每个转轴521的一端均固定连接有第一齿轮522，主轴300的外表面套接有第二齿轮523，每个第一齿轮522的外表面均啮合于第二齿轮523的外表面，拉杆513的拉动，带动其中一个叶片发生转动，进而其中一个第一齿轮522发生转动，通过啮合，使得第二齿轮523发生转动，进而第二齿轮523带动其余的第一齿轮522发生转动，使得多个叶片发生转向，从而使得百叶窗520发生开合，转轴521转动连接于主轴300的外表面，通过主轴300使得风扇100与转轴521绕同轴线做转动，从而使得拉杆513与其中一个叶片在周向同时转动。

参照图1-4，拉杆套筒512的内部固定连接有位移传感器（公知技术），风扇100的一端固定连接有电机516，电机516输出轴的末端与连接杆515的另一端传动连接，电机516带动连接杆515进行转动，连接杆515进而带动螺母514发生转动，进而使得拉杆沿拉杆套筒512的轴线进行移动，通过位移传感器监测拉杆513的移动距离，位移传感器将检测到的数据传入飞机发动机控制器的内部，飞机发动机控制器根据拉杆513移动的距离数据，控制电机516的开启停止，从而通过拉杆513的位置反馈，控制电机516带动拉杆513移动的距离。

参照图3，拉杆套筒512的内部开设有滑槽一和滑槽二，滑槽一的内部与滑槽二的内部相连通，滑槽一的内部、滑槽二的内部均与拉杆513的外表面相适配，滑槽一的横截面大于滑槽二的横截面，通过滑槽对拉杆513进行限位，限制拉杆513的移动距离。

参照图4、5，燃气发生器200包括高压压气机210（公知技术）、燃烧室220（公知技术）和涡轮230（公知技术），涡轮230包括涡轮导向器（公知技术），燃烧室220出口的壁面搭接于涡轮导向器外环的端壁，涡轮导向器沿其外环端壁圆周阵列有若干个肋板，叶片前缘和压力面角区是涡轮230端壁换热最恶劣的区域之一，通过肋板改变燃烧室220出口壁面同涡轮230内外环端壁的连接形式，进而发动机在运行热态下，金属壁温升高膨胀，涡轮230温度比燃烧室220火焰筒壁面温度更高，且火焰筒壁厚较薄，涡轮230的膨胀大于燃烧室220火焰筒，燃烧室220壁面首先接触涡轮导向器端壁上周期分布的肋板，在肋板与肋板之间形成周期分布的气体通道，此气体通道即为后台阶缝，后台阶缝在圆周方向并非连续分布，而是离散的分列于涡轮230叶片的前缘，每个肋板与对应的肋板之间均开设有后台阶缝，涡轮230叶片的前缘区域是叶片的驻点区域，滞止温度相对较高，后台阶缝的气膜出流可以实现对涡轮230叶片前缘区域的冷却，后台阶缝通过集中冷气冷却前缘区域，有效提高了叶片前缘和压力根部的冷却效果，相比起常规冷却缝冷却，降低了端壁二次流和叶片势流效应的影响，优化涡轮230端区的冷却布局，涡轮230端壁区域的叶片本身存在有气膜孔，当气膜孔远离后台阶缝时，气膜孔出流冷气不再分流，气膜孔中出流的冷气，伴随主流气体向端壁流动，端壁气膜孔的冷却效果得到提升。

本发明实施例一种二次空气调节机构及方法的实施原理为：

1、当飞机发动机运行时，空气通过风扇100，其中一部分进入高压压气机210的内部，经高压压气机210的压缩，压缩后的空气进入燃烧室220的内部，与喷漆燃料混合，空气与燃料的混合物被点然后从成为热空气燃烧室220离开，热空气的冲击使得涡轮230发生转动，涡轮230带动主轴300进行转动，涡轮230将热空气吹出发动机后部，从而产生推力，另外一部分空气穿过设备壳400，流经发动机核心，随热空气一同冲出发动机，涡轮230和风扇100推动比发动机核心中更大的空气质量，以获得更大的推力；

2、空气调速机构500位于风扇100与高压压气机210之间，当飞机发动机处于低工况时，控制电机516发生转动，带动连接杆515拧动螺母514，使拉杆513向远离风扇100的方向移动，通过位移传感器传输的数据，得知拉杆513移动的距离，直至百叶窗520关闭，使得风扇100推动空气的速度比涡轮230慢，流经发动机的核心的额外空气比从燃烧室220和发动机后部喷出的热空气移动的慢，从而可以使得飞机发动机用更少的燃料，产生更多的推力，提升飞机发动机的工作效率，燃料消耗降低，减少尾气排放，节省燃料支出的资金，风扇100缓慢转动可以降低噪音污染；

3、空气调速机构500位于风扇100与高压压气机210之间，当飞机发动机处于高工况时，向另外一侧拧动螺母514，使拉杆513向靠近风扇100的方向移动，通过位移传感器传输的数据，得知拉杆513移动的距离，根据飞行需求，将百叶窗520打开至合适的角度，提高流经涡轮230叶片的冷空气，保证涡轮230叶片的安全及使用寿命，根据飞行的高度及历程，可将百叶窗520打开至不同程度；

4、通过后台阶缝集中冷气冷却换热涡轮230端区叶片的前缘区域和压力面角区。

实施例二：

本发明实施例公开一种二次空气调节装置的调节方法。

参照图1-4，包括如下操作步骤：

电机516转动连接杆515，拉杆513在螺母514的内部其沿轴线进行移动。

步骤A：飞机发动机处于高工况时，为保护发动机核心及涡轮230，延长涡轮230的使用寿命，向一侧拧动螺母514，使拉杆513向靠近风扇100的方向移动，百叶窗520打开，加快空气进入燃气发生器200内部的速度，加快冷却流体的流速，同时通过百叶窗520的引导，加快空气进入燃烧室220的速度，保证热空气的供应，使得涡轮230保持高推力，使得飞机发动机保持高工况状态；

步骤B：飞机发动机处于低工况时，出于节约燃油，提高发动机效率，向另一侧拧动螺母514，使得螺母514锁死，使拉杆513向远离风扇100的方向移动，直至百叶窗520关闭，此时风扇100推动空气的速度比涡轮230慢，流经发动机的核心的额外空气比从燃烧室220和发动机后部喷出的热空气移动的慢，从而可以使得飞机发动机用更少的燃料，产生更多的推力。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种二次空气调节机构，包括风扇（100）、燃气发生器（200）、主轴（300）、设备壳（400）和空气调速机构（500），所述风扇（100）、燃气发生器（200）、主轴（300）均位于设备壳（400）的内部，其特征在于：所述风扇（100）、空气调速机构（500）、燃气发生器（200）依次连接于主轴（300）的外表面；

所述燃气发生器（200）包括高压压气机（210）、燃烧室（220）和涡轮（230），涡轮（230）包括涡轮导向器，所述燃烧室（220）出口的壁面搭接于涡轮导向器外环的端壁，所述涡轮导向器沿其外环端壁圆周阵列有若干个肋板，每个所述肋板与对应的肋板之间均开设有后台阶缝；

所述空气调速机构（500）包括拉杆组件（510）和百叶窗（520），所述百叶窗（520）包含若干个叶片，所述拉杆组件（510）与其中一个叶片相连接；

其中一个所述叶片的外表面开设有凸槽，所述拉杆组件（510）包括固定座（511），所述主轴（300）的外表面连接有固定板，所述固定座（511）的外表面固定连接于固定板的一侧，所述固定座（511）的内部螺纹连接有拉杆套筒（512），所述拉杆套筒（512）的内部滑动连接有拉杆（513），所述拉杆（513）的一端转动连接于凸槽的内部，所述拉杆（513）的另一端螺纹连接有两个螺母（514）；

所述螺母（514）的外表面卡接有连接杆（515），所述连接杆（515）的内部与螺母（514）的外表面相适配，所述连接杆（515）的一侧搭接于拉杆套筒（512）的一侧；

每个所述叶片的内部均固定连接有转轴（521），每个所述转轴（521）的一端均固定连接有第一齿轮（522），所述主轴（300）的外表面套接有第二齿轮（523），每个所述第一齿轮（522）的外表面均啮合于第二齿轮（523）的外表面，所述转轴（521）转动连接于主轴（300）的外表面。

2.根据权利要求1所述的一种二次空气调节机构，其特征在于：所述拉杆套筒（512）的内部固定连接有位移传感器，所述风扇（100）的一端固定连接有电机（516），所述电机（516）输出轴的末端与连接杆（515）的另一端传动连接。

3.根据权利要求1所述的一种二次空气调节机构，其特征在于：所述拉杆套筒（512）的内部开设有滑槽一和滑槽二，所述滑槽一的内部与滑槽二的内部相连通，所述滑槽一的内部、所述滑槽二的内部均与拉杆（513）的外表面相适配，所述滑槽一的横截面大于滑槽二的横截面。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种二次空气调节机构的调节方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

电机（516）带动连接杆（515）进行转动，拉杆（513）在螺母（514）的内部其沿轴线进行移动；

步骤A：高工况时，拧动螺母（514），使拉杆（513）向靠近风扇（100）的方向移动，百叶窗（520）打开；

步骤B：低工况时，拧动螺母（514），使拉杆（513）向远离风扇（100）的方向移动，百叶窗（520）关闭。