CN206503781U - 用于航空发动机的可调导流叶片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于航空发动机的可调导流叶片结构，包括绕发动机旋转轴周向分布的多个静子叶片，该可调导流叶片结构还包括用于将该多个静子叶片悬接于外机匣的叶片安装座，该叶片安装座包括环状基座，该外机匣绕周向设有开口且在该开口处的边缘部分皆设有凹部以容纳该叶片安装座的环状基座，该凹部在发动机旋转轴轴向上的尺寸大于该环状基座在发动机旋转轴轴向上的尺寸以使该叶片安装座能沿发动机旋转轴轴向移动，在该环状基座上分布有多个叶片定位通孔，每个静子叶片的轴颈穿过相应的叶片定位通孔以通过该叶片安装座悬接于该外机匣，该可调导流叶片结构还包括用于使该叶片安装座沿发动机旋转轴作轴向运动的轴向作动机构。

Description

用于航空发动机的可调导流叶片结构

技术领域

本实用新型涉及航空发动机技术，尤其涉及用于航空发动机的可调导流叶片结构。

背景技术

为了使现代民机航空发动机为达到较高的性能和经济性，高压压气机具有接近材料极限的切线速度，较高的级压比，采用小展弦比叶片，导致高压压气机中的流动变得极为复杂。高压压气机前面级为跨音级，第一级转子叶尖相对马赫数大于1.4，叶片通道存在较强的通道激波，叶片前缘处可能存在斜激波，与前面导流叶片的尾迹、叶尖泄漏涡和端壁边界层存在着复杂的相互作用，是发生旋转失速的主要成因。因此第一级转子叶片的工作环境最为恶劣，与其前面导流叶片的尾迹相互作用，使得转/静子间、级间的相互影响具有很强的非定常效应。高压压气机进口导流叶片主要通过周向旋转调节进口导流叶片的安装角，控制流量的同时，引导气流在进入第一级转子叶片前产生预先旋转，一般采用正预旋以降低第一级转子叶片的进口相对马赫数。

常规构型中，高压压气机进口导流叶片只能周向旋转调节控制气流。当压气机在偏堵的情况下工作时，第一级转子叶片常常会产生双激波结构，这时近前缘处的斜激波会和进口导流叶片的尾迹的相互影响具有很强的非定常效应，尤其是现代压气机要求较高的裕度，采用较厚的导流叶片来适应不同的来流条件，从而产生较宽的尾迹直接与下游的斜激波或脱体激波相交，甚至会加厚第一级转子叶片的边界层，引气激波和边界层干涉，它造成的损失往往比激波本身的损失大得多。当压气机工作接近喘点时，槽道激波被前推，逐渐变成附体的正激波、略微脱体的正激波，完全脱体的正激波，直至基元流动发生失速。

因此，本领域需要一种改进的导流叶片结构。

实用新型内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本实用新型的一方面，提供了一种用于航空发动机的可调导流叶片结构，包括位于中介机匣与高压压气机的第一级转子叶片之间、绕发动机旋转轴周向分布的多个静子叶片，该可调导流叶片结构还包括用于将该多个静子叶片悬接于外机匣的叶片安装座，该叶片安装座包括环状基座，该外机匣绕周向设有开口且在该开口处的边缘部分皆设有凹部以容纳该叶片安装座的环状基座，该凹部在发动机旋转轴轴向上的尺寸大于该环状基座在发动机旋转轴轴向上的尺寸以使该叶片安装座能沿发动机旋转轴轴向移动，在该环状基座上分布有多个叶片定位通孔，每个静子叶片的轴颈穿过相应的叶片定位通孔以通过该叶片安装座悬接于该外机匣，该可调导流叶片结构还包括用于使该叶片安装座沿发动机旋转轴作轴向运动的轴向作动机构。

在一实例中，该轴向作动机构包括设置于该外机匣的外侧的至少一个轴向作动筒，该至少一个轴向作动筒经由连杆耦接至该叶片安装座的作动筒连接部。

在一实例中，该外机匣在该开口处的边缘部分的该凹部内设有上滑轨和下滑轨以咬合该叶片安装座的该环状基座。

在一实例中，该叶片安装座还包括位于该环状基座下方的环状唇部，该环状唇部与该外机匣的内壁相贴合。

在一实例中，该环状唇部上与该外机匣的内壁相对的一面设有纹路以增强该环状唇部与该外机匣的内壁的贴合程度。

在一实例中，还包括绕该外机匣的外侧设置的联动环，每个静子叶片的轴颈与一摇臂的一端固定连接，以使该静子叶片随摇臂的转动而旋转，该摇臂的另一端连接至该联动环上的摇臂连接部，该可调导流叶片结构还包括使该联动 环周向转动的周向作动机构，该联动环在该周向作动机构作用下旋转时使该摇臂转动进而带动该静子叶片旋转。

在一实例中，该联动环上设有作动机构连接部，该作动机构连接部设有沿发动机旋转轴轴向的螺栓，连杆的一端连接该周向作动机构，另一端套在该螺栓上以驱动该联动环，当该轴向作动机构驱动该叶片安装座作轴向运动时，该联动环同步地轴向移动以保持该摇臂的角度不变。

在一实例中，该静子叶片的轴颈与该摇臂的该一端经由齿轮连接。

在一实例中，该周向作动机构包括两个周向作动筒。

在一实例中，每个静子叶片的轴颈的端部装配有压紧螺母以使该静子叶片悬挂于该叶片安装座上。

根据本实用新型的方案，使得在保证不发生流动分离的前提下，通过将进口导流叶片可在中介机匣和第一级转子叶片间轴向移动，改善偏堵工况下第一级转子叶片的流动情况，延迟压气机近喘点的失速。

进一步地，进口导流叶片也保持了可周向旋转。通过对可调导流叶片的合理利用来寻找最优的第一级转子叶片进口条件，极大的改善改善了压气机第一级非设计点的进口条件，虽然稍稍增加了压气机整机本身的结构复杂性，但消除了进口导流叶片的尾迹与下游叶片的相互影响，尤其是非定常干涉。达到控制压气机裕度和效率的目的。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了航空发动机中可调导流叶片结构的安装环境；

图2示出了常规的导流叶片结构的示意图；

图3示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的安装原理示意图；

图4示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的爆炸图；

图5示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的一部分的立体视图；

图6示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的一部分的俯视图；以及

图7示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的静子叶片的轴向移位示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。

传统上，压气机在偏堵工况下，第一级转子叶近前缘处的斜激波会和进口导流叶片的尾迹的相互影响，压气机在偏喘工况下，第一级转子叶叶近前缘处的正激波会和进口导流叶片的尾迹的相互影响，而在设计转速或超转情况下，高压压气机第一级特性的高效率工作区间过窄。

针对上述问题，本实用新型提供了一种可调的导流叶片结构，通过此结构，进口导流叶片可在不发生流动分离的前提下，在中介机匣和第一级转子叶片间轴向移动，且保持进口导流叶片可周向旋转，达到控制压气机裕度和效率的目的。

图1示出了航空发动机中可调导流叶片结构的安装环境。如图1所示，可调导流叶片结构位于中介机匣和高压压气机之间，更具体地，位于高压压气机的第一级转子和中介机匣之间。

中介机匣用来承接上下游高低压部件间的气流过渡，并且为满足结构上设备通过和强度方面的承力需求，中介机匣内一般有多块支板。中介机匣内部有传动轴和管路穿过。

高压压气机是利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。在高压压气机的第一级转子叶片之前，即高压压气机进口处设置导流叶片。传统地，导流叶片能够周向旋转调节导流叶片的气流，进而引导进入高压压气机的 气流。

图1中的虚线为发动机旋转轴，航空发动机整体呈以发动机旋转轴为轴向的中心对称的环形。图中仅示出了发动机位于旋转轴上半圆周部分的侧视图，关于发动机旋转轴对称的下半圆周部分并未示出。

图2是示出了常规的导流叶片结构的示意图。如图2所示，该导流叶片结构包括绕发动机旋转轴轴向分布的多个静子叶片。每个叶片的一端悬接在外机匣上，另一端靠近内机匣(未示出)。整个一圈的叶片起到调节进入高压压气机的气流的作用。

图3是示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的安装原理示意图，图4是示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的爆炸图，图5是示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的一部分的立体视图，以及图6示出了根据本实用新型的一方面的可调导流叶片结构的一部分的俯视图。

下文结合图3-图6来描述本实用新型的可调导流叶片结构。

如前所述，可调导流叶片结构位于中介机匣与高压压气机的第一级转子叶片之间，主要包括绕发动机旋转轴周向分布的多个静子叶片210。从图4的爆炸图中可以看到一个静子叶片210。在本实用新型中，可调导流叶片结构特别设有叶片安装座100，静子叶片210通过叶片安装座100悬接至外机匣310。要说明的是，图3和图4是沿发动机径向的剖面示意图。从图3中可看到，静子叶片210之后是高压压气机第一级的转子叶片200。

叶片安装座100整体呈环形，如图5所示，其中示出了叶片安装座100周向维度上的一部分。叶片安装座100可包括环状基座110，环状基座110与外机匣310同轴地安装在外机匣上。

具体地，外机匣310绕周向设有绕整个圆周的开口320，该开口使得外机匣310在发动机旋转轴轴向上断开，此开口320处用于安装叶片安装座100。外机匣310在开口320处的边缘部分设有凹部330。此凹部330用于容纳叶片安装座100的环状基座110。

特别地，该凹部330在发动机旋转轴轴向上(图中为左右方向)的尺寸大 于环状基座110在发动机旋转轴轴向上的尺寸，在此配置下，叶片安装座100能沿发动机旋转轴轴向移动。图7示出了叶片安装座100轴向移动的两个不同位置对比。

在环状基座110上分布有多个叶片定位通孔111，每个静子叶片210的轴颈220穿过相应的叶片定位通孔111以通过叶片安装100座悬接于外机匣310。作为实例，静子叶片210的轴颈220穿过对应的叶片定位通孔111后，顶端套有压紧螺母130以使静子叶片210悬挂在叶片安装座100上。

另外，还未可调导流叶片结构设置了轴向作动机构410，轴向作动机构用于使叶片安装座100沿发动机旋转轴作轴向运动。作为示例，轴向作动机构410可包括设置在外机匣的外侧的至少一个轴向作动筒，轴向作动筒可经由连杆411耦接至叶片安装座100上的作动筒连接部。

为了使轴向移动更加顺畅，在外机匣310的凹部330内设有上滑轨341和下滑轨342。例如，上滑轨341和下滑轨342上可设有滚轴等减轻摩擦力的部件。上滑轨341和下滑轨342咬合住叶片安装座100的环状基座110。

在一些实施例中，叶片安装座100还可包括位于环状基座110下方的环状唇部120，该环状唇部与外机匣的内壁相贴合，如图3所示。为了进一步增强环状唇部120与外机匣310的内壁的贴合程度，还可在环状唇部120上与外机匣310的内壁相对的一面设有纹路。

在本实用新型中，通过叶片安装座100的轴向移动，实现了静子叶片210在轴向上的移动。设计轴向位置可调的高压压气机进口导流叶片会增加泄露损失，但是相比改善第一级转子叶片的进口条件的收益，多余的泄露损失可以忽略。

静子叶片210除了轴向上的移动外，也保持了绕自身周向旋转的能力。具体而言，可调导流叶片结构还设置有联动环600。联动环600与现有技术一致，即联动环600为设置在外机匣310外侧的环状部件，用于实现静子叶片210的旋转。

在本实用新型中，每个静子叶片210的轴颈220通过摇臂510连接到联动环600上的摇臂连接部610。即，静子叶片210的轴颈220与摇臂510的一端 固定连接，这里的“固定连接”是指此连接方式使得静子叶片能以轴颈220为轴随摇臂510的转动而旋转。例如，这里的“固定连接”可以是齿轮连接。

摇臂510的另一端连接至联动环600上的摇臂连接部610，这从图6中可以清楚看到，图6是俯视图，其中仅示出了叶片安装座100的对应于一个静子叶片210的部分结构。

类似地，可调导流叶片结构还设置有使联动环600周向转动的周向作动机构700。联动环600在周向作动机构700作用下旋转时，由于摇臂连接部610的转动使摇臂510转动，进而带动静子叶片210绕轴颈220旋转。

作为示例，周向作动机构700可包括两个周向作动筒，例如这两个周向作动筒可关于联动环600作中心对称地布置。

实例中，联动环600上设有作动机构连接部620，该作动机构连接部620上设有沿发动机旋转轴轴向的螺栓630，如图5所示。连杆640的一端连接周向作动机构700，另一端套在螺栓630上以驱动联动环600。

当轴向作动机构410驱动叶片安装座100作轴向运动时，联动环600同步地轴向移动以保持摇臂510的角度不变。从图6可以清楚地看到，当叶片安装座100轴向移动时，联动环600在摇臂510的带动下，也可以同步地轴向移动。由于，连杆640的一端套在作动机构连接部620上的螺栓630上，因此，在联动环600轴向移动时，连杆640可相对于螺栓630作运动从螺栓630的一端移动到另一端，但连杆640及轴向作动机构700轴向上的绝对位置保持不变。

根据本实用新型的方案，使得在保证不发生流动分离的前提下，通过将进口导流叶片可在中介机匣和第一级转子叶片间轴向移动，改善偏堵工况下第一级转子叶片的流动情况，延迟压气机近喘点的失速。

进一步地，进口导流叶片也保持了可周向旋转。通过对可调导流叶片的合理利用来寻找最优的第一级转子叶片进口条件，极大的改善改善了压气机第一级非设计点的进口条件，虽然稍稍增加了压气机整机本身的结构复杂性，但消除了进口导流叶片的尾迹与下游叶片的相互影响，尤其是非定常干涉。达到控制压气机裕度和效率的目的。

一般情况下，传统高压压气机进口导流叶片除了改变气流方向和控制流量 外，打开时可提高近喘点效率但近堵点效率会降低0.02～0.05；关闭时可提高近堵点效率但近喘点效率会降低0.02～0.05。若采用此实用新型可同时提高压气机第一级近喘点和近堵点的工作效率，拓宽了第一级特性的高效率工作区间，采用轴向位置和安装角两个维度最优匹配，可进一步提高其稳定裕度。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种用于航空发动机的可调导流叶片结构，包括位于中介机匣与高压压气机的第一级转子叶片之间、绕发动机旋转轴周向分布的多个静子叶片，其特征在于，所述可调导流叶片结构还包括用于将该多个静子叶片悬接于外机匣的叶片安装座，所述叶片安装座包括环状基座，所述外机匣绕周向设有开口且在所述开口处的边缘部分皆设有凹部以容纳所述叶片安装座的环状基座，所述凹部在发动机旋转轴轴向上的尺寸大于所述环状基座在发动机旋转轴轴向上的尺寸以使所述叶片安装座能沿发动机旋转轴轴向移动，在所述环状基座上分布有多个叶片定位通孔，每个静子叶片的轴颈穿过相应的叶片定位通孔以通过所述叶片安装座悬接于所述外机匣，所述可调导流叶片结构还包括用于使所述叶片安装座沿发动机旋转轴作轴向运动的轴向作动机构。

2.如权利要求1所述的可调导流叶片结构，其特征在于，所述轴向作动机构包括设置于所述外机匣的外侧的至少一个轴向作动筒，所述至少一个轴向作动筒经由连杆耦接至所述叶片安装座的作动筒连接部。

3.如权利要求1所述的可调导流叶片结构，其特征在于，所述外机匣在所述开口处的边缘部分的所述凹部内设有上滑轨和下滑轨以咬合所述叶片安装座的所述环状基座。

4.如权利要求1所述的可调导流叶片结构，其特征在于，所述叶片安装座还包括位于所述环状基座下方的环状唇部，所述环状唇部与所述外机匣的内壁相贴合。

5.如权利要求4所述的可调导流叶片结构，其特征在于，所述环状唇部上与所述外机匣的内壁相对的一面设有纹路以增强所述环状唇部与所述外机匣的内壁的贴合程度。

6.如权利要求1所述的可调导流叶片结构，其特征在于，还包括绕所述外机匣的外侧设置的联动环，每个静子叶片的轴颈与一摇臂的一端固定连接，以使所述静子叶片随摇臂的转动而旋转，所述摇臂的另一端连接至所述联动环上的摇臂连接部，所述可调导流叶片结构还包括使所述联动环周向转动的周向作动机构，所述联动环在所述周向作动机构作用下旋转时使所述摇臂转动进而带动所述静子叶片旋转。

7.如权利要求6所述的可调导流叶片结构，其特征在于，所述联动环上设有作动机构连接部，所述作动机构连接部设有沿发动机旋转轴轴向的螺栓，连杆的一端连接所述周向作动机构，另一端套在所述螺栓上以驱动所述联动环，当所述轴向作动机构驱动所述叶片安装座作轴向运动时，所述联动环同步地轴向移动以保持所述摇臂的角度不变。

8.如权利要求6所述的可调导流叶片结构，其特征在于，所述静子叶片的轴颈与所述摇臂的所述一端经由齿轮连接。

9.如权利要求6所述的可调导流叶片结构，其特征在于，所述周向作动机构包括两个周向作动筒。

10.如权利要求1所述的可调导流叶片结构，其特征在于，每个静子叶片的轴颈的端部装配有压紧螺母以使所述静子叶片悬挂于所述叶片安装座上。