CN214366425U

CN214366425U - 压气机和用于压气机过渡段的主动流动控制装置

Info

Publication number: CN214366425U
Application number: CN202120519716.8U
Authority: CN
Inventors: 王家广; 李游; 王进春; 姚玉花; 曹传军; 吴志青
Original assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2031-03-11

Abstract

提供压气机和用于压气机过渡段的主动流动控制装置，用于改善大涵道比涡扇发动机过渡段的流动损失情况。在该用于压气机过渡段的主动流动控制装置中，用于设置在压气机过渡段的支板具有吸力面，该支板设置有位于所述吸力面的射流口以及用于向所述射流口提供射流的气流通道；集气室与所述气流通道接通；引气通路用于从高压压气机引出气体，并连接所述集气室；所述射流口在所述支板上还位于气流分离内。

Description

压气机和用于压气机过渡段的主动流动控制装置

技术领域

本实用新型涉及压气机，尤其涉及压气机的过渡段的流动控制装置。

背景技术

目前国内外大涵道比双转子航空发动机中，其压缩系统包括高压压气机及风扇增压级，因增压级与风扇转速相同，受风扇叶尖切线速度的限制，增压级"被迫"工作在较低的工作转速，为了获得均获得较佳的增压效果，增压级的流道布置于径向较高压压气机高的位置以增大叶尖切线速度，以提升叶片对气流的做功能力，进而达到更佳的增压效果。同时为了连接高压压气机与增压级之间的流道，通常在高压压气机进口与增压级出口之间布置过渡段，

上述压缩系统的布置存在以下问题:

1)气流从径向较高的位置经过较短的轴向距离流至径向位置较低的位置，不可避免的会产生流动分离，带来流动损失，降低了整个压缩系统的效率；

2)过渡段的内外壁面中为满足承力等需求，需布置支板，支板与流道壁面的过渡区域附近存在的角涡、角涡与流道分离涡复合的流动结构，进一步增大了流动损失，降低了整个压缩系统的效率；

3)过渡段中存在的气流非定常分离涡位于高压压气机进口，影响了高压压气机进口的流场品质；

4)航空发动机对重量的追求，产生了过渡段越短越好的需求，但这意味着气流需要更剧烈的完成径向位置改变，也就带来更大的流动损失，更多的影响了整个压缩系统的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种压气机过渡段的主动流动控制装置，用于改善大涵道比涡扇发动机过渡段的流动损失情况。

本实用新型的目的还在于提供一种压气机，其包括前述压气机过渡段的主动流动控制装置。

为此，在一种用于压气机过渡段的主动流动控制装置中，用于设置在压气机过渡段的支板具有吸力面，该支板设置有位于所述吸力面的射流口以及用于向所述射流口提供射流的气流通道；集气室与所述气流通道接通；引气通路用于从高压压气机引出气体，并连接所述集气室；所述射流口在所述支板上还位于气流分离内。

在一实施方式中，该主动流动控制装置还包括周期性开闭阀门，所述周期性开闭阀门设置在所述集气室和所述射流口之间。

在一实施方式中，所述开闭阀门的频率设定依据是S_tV/c，S_t是斯特劳哈尔数，V是来流的速度，c是支板的弦长。

在一实施方式中，所述射流口在所述支板的吸力面侧的叶根区域和叶尖区域分别布置。

在一实施方式中，所述叶根区域或所述叶尖区域占支板高度的l％-10％。

在一实施方式中，所述射流口为射流缝或射流孔。

在一实施方式中，所述射流口的射流的方向与该射流口所在位置的支板吸力面的切线方向的夹角范围为正负15度范围内。

在一实施方式中，所述集气室位于压气机过渡段的机匣外侧，对应压气机过渡段的多个支板包括沿周向贯通的整个气室，或者包括沿周向独立存在的多个气室。

在一实施方式中，所述集气室与压气机过渡段的外机匣整体铸造成型，或者通过铸造后机加工成型。

在一实施方式中，对于周向贯通的整个集气室，所述引气通路为一个或多个；对于周向独立存在的多个气室，每个气室连接一路所述引气通路。

一种压气机包括增压级、高压压气机以及连接该增压级和该高压压气机的过渡段，在所述过渡段设置任一所述的主动流动控制装置。

此外，所述引气通路从所述高压压气机的前面级引气。

通过射流口向气流分离区域内注入周期性高速射流，能够抑制气流分离或破坏气流分离涡，进而减小压气机过渡段区域的流动损失。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为航空发动机中部分结构的示意图；

图2为压气机过渡段的结构示意图；

图3为支板的示意图；

图4为支板的A-A截面或B-B截面的剖面图。

具体实施方式

图1示出了航空发动机的风扇叶片7，以及位于风扇叶片7下游依次布置的增压级5、压气机过渡段4和高压压气机6。由于增压级5转速低、半径大，而高压压气机6半径小，因此需要通过压气机过渡段4连接增压级5和高压压气机6，形成S形通道。

图2为压气机过渡段4的纵向剖视图，剖切位置通过压气机过渡段4的支板3。一种用于压气机过渡段4的主动流动控制装置包括支板3、集气室1和引气通路2。在该压气机过渡段4内会布置若干支板3，用于承力和导流。同时结合图3和图4所示，该支板3具有支板吸力面33，且设置有位于支板吸力面33上的射流口31、32以及用于向射流口31、32提供射流的气流通道30。该集气室1与气流通道30相连接。该引气通路2与集气室1相连接，用于从高压压气机6的前面级引出气体。

继续参考图2和图3，集气室1与高压压气机6前面级流道间布置有引气通路2。在压差的作用下，高压压气机6的高压气体会充满集气室1，使其维持在一个相对稳定的气压。由于集气室1的压力高于压气机过渡段4支板吸力面33处的压力，因此气体会通过集气室1与支板表面的射流口32进入压气机过渡段的流道。集气室1和射流口31、32之间设置有周期性开闭的阀门81、 82，用于调整射流的频率，该频率由下式确定：

f＝S_tV/c

上述公式中S_t为斯特劳哈尔数，通常取0.05-0.3；V是气体来流的速度；c 是支板3的弦长。通过在集气室1与射流口31、32之间添加周期性开闭阀门 81、82，起到形成周期性的非定常射流作用。

如图3所示，压气机过渡段4支板吸力面侧的叶根区域d和叶尖区域c分别布置有射流口31、32。射流口31、32的形式可以为射流缝或射流孔，其高度可取为支板3高度的1％-10％。该射流口31、32在轴向上位于压气机过渡段 4内支板吸力面33气流分离涡的萌生区域或气流分离涡区域内。通过射流口 31、32向气流分离区域内注入周期性高速射流。气流分离区域包括但不限于涡萌生区域或气流分离涡，能够抑制气流分离或破坏气流分离涡，进而减小压气机过渡段4区域的流动损失。此外，如图4所示，压气机过渡段4支板吸力面 33内特定位置的射流口31、32根据所抑制气流分离区域目标的不同，其射流的方向e与所在位置的支板吸力面33的切线方向f的夹角范围取为正负15度。

为了保证能够在支板3的叶根区域d和叶尖区域c产生稳定的周期性射流，在压气机过渡段4的机匣外侧布置有集气室1，其中集气室1可为沿过渡段4 的周向贯通具有一体式结构的整个气室，亦可为周向间隔分布的多个独立气室。对于周向贯通的整个气室，引气通路2为一个或多个；对于周向独立存在的多个气室，每个气室连接一路引气通路2。此外，集气室1与压气机过渡段 4的外机匣可以是整体铸造成型，或者是通过铸造后机加工成型。

在现有技术中，在发动机压气机过渡段4的支板3的尖部与机匣(即过渡段的外侧壁)、根部与轮毂(过渡段的内侧壁)形成的角区区域，由于逆压梯度较大且受端壁附面层的影响，会产生流动分离，从而增大了流动损失，降低了压缩系统的效率。采用上述用于压气机过渡段4的主动流动控制装置，通过在支板吸力面的叶根区域d和叶尖区域c引入非定常的射流装置，利用非定常射流与分离涡的相互耦合作用，在角区区域起到高能效比抑制流动分离的作用，有效改善大涵道比涡扇发动机压气机过渡段4的流动损失情况，迸而提升压缩系统的气动性能。同时，该主动流动控制装置能够随气体来流速度的不同调整控制的频率，进而保证在非设计点工况的流动性能。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims

1.用于压气机过渡段的主动流动控制装置，包括：

用于设置在压气机过渡段的支板，该支板具有吸力面；

其特征在于，该支板设置有位于所述吸力面的射流口以及用于向所述射流口提供射流的气流通道；

该主动流动控制装置还包括：

集气室，与所述气流通道接通；以及

引气通路，用于从高压压气机引出气体，并连接所述集气室；

其中，所述射流口在所述支板上还位于气流分离内。

2.如权利要求1所述的主动流动控制装置，其特征在于，该主动流动控制装置还包括周期性开闭阀门，所述周期性开闭阀门设置在所述集气室和所述射流口之间。

3.如权利要求2所述的主动流动控制装置，其特征在于，所述开闭阀门的频率设定依据是S_tV/c，S_t是斯特劳哈尔数，V是来流的速度，c是支板的弦长。

4.如权利要求1所述的主动流动控制装置，其特征在于，所述射流口在所述支板的吸力面侧的叶根区域和叶尖区域分别布置。

5.如权利要求4所述的主动流动控制装置，其特征在于，所述叶根区域或所述叶尖区域占支板高度的l％-10％。

6.如权利要求1所述的主动流动控制装置，其特征在于，所述射流口为射流缝或射流孔。

7.如权利要求1所述的主动流动控制装置，其特征在于，所述射流口的射流的方向与该射流口所在位置的支板吸力面的切线方向的夹角范围为正负15度范围内。

8.如权利要求1所述的主动流动控制装置，其特征在于，所述集气室位于压气机过渡段的机匣外侧，对应压气机过渡段的多个支板包括沿周向贯通的整个气室，或者包括沿周向独立存在的多个气室。

9.如权利要求1所述的主动流动控制装置，其特征在于，所述集气室与压气机过渡段的外机匣整体铸造成型，或者通过铸造后机加工成型。

10.如权利要求8所述的主动流动控制装置，其特征在于，对于周向贯通的整个集气室，所述引气通路为一个或多个；对于周向独立存在的多个气室，每个气室连接一路所述引气通路。

11.压气机，包括增压级、高压压气机以及连接该增压级和该高压压气机的过渡段，其特征在于，在所述过渡段设置如权利要求1至10中任一项所述的主动流动控制装置。

12.如权利要求11所述的压气机，其特征在于，所述引气通路从所述高压压气机的前面级引气。