專利名稱：新型軸流流體推進器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于將機械能轉變?yōu)榱黧w(氣體或液體)動能的動力轉換裝置，特別涉及飛機及船舶的螺旋漿推進器和中、高壓軸流風機。
目前一般的軸流螺旋漿推進裝置雖然有流量大的特點，但不足的是只能低壓工作，如軸流風機、船用螺旋漿及螺旋漿飛機的推進裝置等。如果即要求大流量又要求中、高壓強工作時，現(xiàn)有的軸流螺旋漿推進裝置難于滿足要求，而其它裝置又都存在著不同程度的缺點，如離心式風機雖然工作壓強高，但其流量有限；各種燃汽渦輪發(fā)動機(如渦噴、渦漿、渦扇和漿扇等發(fā)動機)雖能大流量、高壓強工作，但它們的油耗和噪音都是較高的；對于船舶來說要提高航速通常要靠加大發(fā)動機馬力來實現(xiàn)。
本實用新型的目的是克服軸流螺旋漿推進裝置的上述缺點，而提供即能大流量又能以中、高壓強工作的低耗高效的新型軸流螺旋漿推進裝置。
本實用新型是通過以下措施實現(xiàn)上述目的的。在軸流螺旋漿推進裝置上分別采用了兩種特殊的流體消旋方法，并采用了特殊斷面曲線的葉輪葉片和高效率的級間加速裝置，使得多級葉輪逐級變速加壓變得即可行又簡單，從而使軸向功率得到很大提高。所采用的兩種流體消旋方法是(1)級間相對負壓、外通道流體預旋、內通道流體混流消旋方法(具體消旋過程見結構部分)；(2)級間相對負壓、內外通道流體混流、下級葉輪反轉消旋方法(具體消旋過程見結構部分)。
所采用的高效率的級間加速裝置是NGW型漸開線圓柱行星齒輪變速軸承(以下簡稱NGW型軸承)。關于特殊斷面曲線的葉輪葉片見后面葉輪部分。
下面將結合附圖對本實用新型的結構、工作原理及其實施例作詳細的說明。


圖1是本實用新型的第一種類型的示意圖；圖2是本實用新型的第一種類型的內、外通道殼體示意圖；圖3是本實用新型的第二種類型的示意圖；圖4是本實用新型的第三種類型的示意圖；圖5是本實用新型的第三種類型的內、外通道殼體示意圖；圖6是圓滾線坐標圖；圖7是本實用新型扇型葉片的斷面曲線示意圖；圖8是傳動比為iBX A的NGW型漸開線圓柱行星齒輪軸承簡圖；圖9是傳動比為iXB A的NGW型漸開線圓柱行星齒輪軸承簡圖；
圖10和
圖11是在NGW型軸承內部加裝抗反作用力結構的示意圖；
圖12和
圖13是本實用新型所使用的NGW型軸承的外型示意圖；
圖14是NGW型軸承強迫潤滑系統(tǒng)示意圖；
圖15是本實用新型內、外通道截面示意圖；
圖16和
圖17是本實用新型做為飛機動力裝置的示意圖；
圖18和
圖19是本實用新型做為船用推進器的示意圖；圖20是圓滾線葉輪葉片的速度矢量圖。
本實用新型分為三種類型，其結構大同小異。
一、本實用新型的第一種類型本類型采用前面所說的第一種流體消旋方法及NGW型軸承級間加速裝置，見
圖1和圖2。這是三級葉輪加壓的示意圖(也可以是多級葉輪加壓、或二級葉輪加壓，只需增減葉輪及NGW型軸承級數(shù)即可)。當動力軸1與動力機械(電動機、內燃機包括航空活塞式發(fā)動機，圖中未畫出)連接后，按方向2轉動時，帶動抗反作用力軸承3轉動，從而帶動第一級葉輪軸4及第一級葉輪5轉動；第一級葉輪軸4同時帶動第一級NGW型加速軸承6做變速轉動，從而使第二級葉輪軸7的轉速比第一級葉輪軸4快一倍多，也就是使第二級葉輪8的轉速比第一級葉輪5的轉速快一倍多。這樣在第一級葉輪5和第二級葉輪8之間便會出現(xiàn)相對負壓(即低于大氣壓力或低于等深液壓)。這時流體(氣體或液體)便從內通道9和外通道10被同時吸入。第一級葉輪5將流體吸入內通道9，與此同時第一、二級葉輪間產生的相對負壓通過外通道中的預旋槽道隔板11所形成的流體預旋槽道12也將近似等量的流體經外通道10吸入第一級加速通道13。由于外通道預旋槽道隔板11的彎曲方向與葉輪5和8的旋轉方向相反，所以經外通道流體預旋槽道12被吸入的流體的旋轉方向與經內通道9吸入的流體的旋轉方向正好相反，又由于內、外通道的截面積大致相等(見
圖15)，這兩股流體在第一級加速通道13相遇后，因旋轉方向相反，流量和流速大致相等而產生消旋作用，這樣就降低了旋轉能量，提高了軸向功率，并為進一步葉輪加壓做好了準備。第二級葉輪軸7轉動的同時，帶動第三級NGW型加速軸承14做變速轉動，從而使第三級葉輪軸15的轉速又比第二級葉輪軸7的轉速快一倍多，也就是使第三級葉輪16的轉速比第二級葉輪8的轉速快一倍多。這樣在第二級葉輪8和第三級葉輪16之間就出現(xiàn)了第二個相對負壓，此時第一級加速通道13內的流體被進一步加速，第二個相對負壓將外流體通過第二級外通道17吸入，外流體被吸入時經第二級外通道流體預旋槽道18的預旋后，在第二級加速通道19內與內流體混合，混合后效果同于第一級加速通道13中的流體混合效果，即產生了流體消旋作用，降低了旋轉能量的累積，加大了軸向輸出功率，并為第三級葉輪16進一步加壓做好了準備。第三級葉輪16用比第二級葉輪快一倍多的轉速將流體推向固定輸出導向葉輪20，流體高速通過固定輸出導向葉輪20時，旋轉能量得到部分糾正，使輸出的軸向功率進一步提高。第三級葉輪軸的末端安裝在葉輪支撐軸承21上，固定輸出導向葉輪20的兩端固定于兩個導向葉輪固定軸22上，使固定輸出導向葉輪20不能轉動。
二、本實用新型的第二種類型本類型也采用前面所說的第一種流體消旋方法，但不采用NGW型軸承的級間加速裝置，它一般只能進行二級葉輪加壓，見圖3。當?shù)谝患壢~輪動力軸1與第二級葉輪動力軸2通過兩對固定變速比齒輪(圖中未畫出)與動力機械(內燃機或電動機)連接后，按方向3以不同的轉速轉動。第二級葉輪動力軸2的轉速比第一級葉輪動力軸1的轉速快一倍多，從而使第二級葉輪5的轉速比第一級葉輪4的轉速快一倍多。這樣在第一級葉輪4與第二級葉輪5之間便出現(xiàn)了相對負壓，這時流體(氣體或液體)便從內通道6和外通道7被同時吸入。第一級葉輪4將流體吸入內通道6，與此同時兩個葉輪間的相對負壓通過外通道中的預旋槽道隔板8所形成的流體預旋槽道9將近似等量的流體吸入第一級加速通道10，內、外通道中的流體在此混合，其混合效果與本實用新型的第一種類型的混合效果相同，從而產生流體消旋作用。降低了旋轉能量，加大了軸向功率，并為第二級葉輪5進一步加壓提供了非旋轉軸流氣體(或液流)。第二級葉輪5用比第一級葉輪4快一倍多的轉速將流體推向固定輸出導向葉輪11。固定輸出導向葉輪11的結構和作用與本實用新型的第一種類型的固定輸出導向葉輪完全相同。12為第一級葉輪動力軸1的抗反作用力軸承，13為第一級葉輪動力軸1的末端支撐軸承，14為第二級葉輪動力軸2的抗反作用力軸承，15為第二級葉輪動力軸2的末端支撐軸承，16為固定輸出導向葉輪11的兩個固定軸。
綜上所述本實用新型的第一種類型與第二種類型的主要區(qū)別，只在于變速方式的不同，而它們的流體消旋方法是完全相同的。
三、本實用新型的第三種類型本實用新型采用前面所說的第二種流體消旋方法及NGW型軸承級間加速裝置，見圖4和圖5。這是三級葉輪加壓的示意圖(也可以是多級葉輪或二級葉輪加壓，只需增減葉輪和NGW型軸承的級數(shù)即可)。當動力軸1與動力機械(電動機、內燃機包括航空活塞發(fā)動機，圖中未畫出)連接后，按方向2轉動時，帶動抗反作用力軸承3轉動，從而帶動第一級葉輪軸4及第一級葉輪5轉動；第一級葉輪軸4同時帶動第一級NGW型軸承6做變向、變速轉動，該軸承6的主動軸轉動方向7與從動軸轉動方向8正好相反，從而使第二級葉輪軸9的轉動方向與第一級葉輪軸4正好相反，轉速比第一級葉輪軸4快近一倍，也就是使第二級葉輪10的轉動方向與第一級葉輪5的轉動方向正好相反，而第二級葉輪10的轉速比第一級葉輪5的轉速快了近一倍。這樣在第一級葉輪5和第二級葉輪10之間便出現(xiàn)了相對負壓，這時流體便從內通道11和外通道12被同時吸入。第一級葉輪5將流體吸入內通道11，與此同時第一、二級葉輪間產生的相對負壓通過外通道12將流體吸入至第一線加速通道13，本類型的外通道沒有流體預旋槽道隔板，流體在外通道12流過時不會被預旋，內、外通道中的流體在第一級加速通道13中混合，其混合效果與本實用新型的第一、二種類型的相應位置的混合效果不完全相同，它只能產生部分消旋作用。此時第二級葉輪10繼續(xù)為流體加壓，但它的轉動方向與流體旋轉方向正好相反，這樣就把第一級葉輪5產生的流體剩余旋轉能量轉化為軸向功率和反方向旋轉功率，從而避免了流體旋轉能量的累積，加大了軸向功率。第二級葉輪軸9轉動時，又帶動第二級NGW型軸承14做變向、變速轉動，它的主動軸轉動方向8與從動軸轉動方向15正好相反，從而使第三級葉輪軸16的轉動方向與第二級葉輪軸9的轉動方向正好相反，而轉速比第二級葉輪軸9快了近一倍。也就是使第三級葉輪17的轉動方向與第二級葉輪10的轉動方向正好相反，而轉速比第二級葉輪10快了近一倍。這樣在第二級葉輪10與第三級葉輪17之間便又出現(xiàn)了相對負壓，這時流體經第一級加速通道13和第二級外通道18進入第二級加速通道19，進行混合，其混合效果同于第一級加速通道13的混合效果。此時第三級葉輪17繼續(xù)為流體加壓，并通過葉輪反向轉動，消除流體的旋轉能量的累積，從而進一步加大了軸向輸出功率。對流體進行末級消旋是由固定輸出導向葉輪20完成的。21是第三級葉輪軸16的末端支撐軸承，22是用于固定輸出導向葉輪的兩個固定軸。
本實用新型的第三種類型與前兩種類型的主要區(qū)別在于流體消旋方法有所不同，而這三種類型的共同點是它們都通過創(chuàng)造級間相對負壓來完成逐級加壓的任務。
下面談一下本實用新型的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。要使本實用新型穩(wěn)定地工作，必須使其所有轉動部件都繞著轉動軸的中心軸線轉動，如有任何一個轉動部件(如葉輪及其葉片、葉輪軸、NGW型軸承，抗反作用力軸承、支撐軸承等)偏離中心軸線、發(fā)生不平衡轉動，都有可能破壞整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性或使某個部件加速損壞，另外要使本實用新型的固有振動頻率遠離其工作振動頻率，以避免發(fā)生諧振現(xiàn)象。
以上介紹了本實用新型的整體結構及工作原理，下面介紹本實用新型各部件的結構1.葉輪本實用新型一般有多級動力葉輪和一級固定的導向葉輪，其中第一種類型和第三種類型選取三級動力葉輪和一級導向葉輪為宜，第二種類型選取二級動力葉輪和一級導向葉輪。
(1)采用傳統(tǒng)的機翼理論進行葉輪設計，有關理論可參閱《泵與風機》一書的第一章二節(jié)的內容(水力電力出版社、1983年6月版)。
(2)按風扇的扇形葉片進行葉輪設計。
以上兩種葉輪設計方法均可采用，下面重點介紹一種特殊曲線的扇形葉輪的有關設計參數(shù)。
扇形葉輪的葉片的迎風面(即承力面)的斷面曲線可采用多種曲線型式，這里介紹一種葉片迎風面的斷面曲線采用圓滾線(也稱為擺線)的扇形葉輪。為什么要采用這種斷面曲線的葉片，其好處何在，這些問題在本說明書的結尾部分的有關理論推導中將給出。
我們知道圓滾線的參數(shù)方程為
x＝r(θ－sinθ)y＝r(1－cosθ)其中r為滾動圓的半徑，θ為滾動圓的滾動角。圓滾線的圖形見圖6，圖中1為滾動圓，2為圓滾線。在設計葉片迎風面的斷面曲線時，r的取值范圍要根據(jù)葉片的數(shù)量及本實用新型的內通道的直徑而定，要盡可能加大r的數(shù)值，因為這樣可以提高工作壓強和加大流量。θ的取值范圍如下第一級葉輪的扇形葉片0°≤θ≤95°第二級葉輪的扇形葉片0°≤θ≤90°第三級葉輪的扇形葉片0°≤θ≤85°葉片的背風面(非承力面)采用流線型，單片扇形葉片的斷面曲線見圖7。圖中1是扇形葉片的斷面，2是葉片迎風面的圓滾線斷面曲線，3是葉片背風面的流線型斷面曲線，4是葉輪軸，5是葉輪軸的旋轉方向。
設計葉片背風面的流線型時，應考慮減小葉片的阻力和使葉片有足夠的承載強度。
一個扇形葉輪的葉片數(shù)量可根據(jù)它的工作壓強來確定，中、高壓強工作時葉片數(shù)量取4～6片為宜。
如果葉片的斷面曲線采用翼型時，可按前面提到的第(1)種方法進行制造設計。
葉輪設計要優(yōu)先考慮葉片的承壓強度，其極限承壓強度要大于正常工作壓強的10倍。葉輪的焊接要采用一些先進技術工藝，如葉輪的葉片焊接全部采用氣氛保護的焊區(qū)調質。
葉輪系統(tǒng)(含葉輪軸)工作時的承載分配如下
(1)iBX A傳動(傳動效率大于95％，加速比約為2.8，本實用新型第一種類型采用此種傳動方式)設第一級葉輪的工作承載為1，則第二級葉輪的工作承載約為2.8×95％＝2.66，第三級葉輪的工作承載約為2.66×2.8×95％＝7.08，第三級葉輪的受力約為7.08，第二級葉輪軸的受力約為7.45＋2.66＝10.11，第一級葉輪軸的受力約為10.25＋1＝11.25。
(2)iXB A傳動(傳動效率95％，加速比約為1.8，本實用新型第三種類型采用此種傳動方式)設第一級葉輪的工作承載為1，則第二級葉輪的工作承載約為1.8×95％＝1.71，第三級葉輪的工作承載約為1.71×1.8×95％＝2.92，第三級葉輪軸的受力約為2.92，第二級葉輪軸的受力約為3.08＋1.71＝4.79，第一級葉輪軸的受力約為4.88＋1＝5.88。
葉輪系統(tǒng)各部分的制造設計(尤其是強度計算)要以承載分配為依據(jù)，并考慮極限承載及安全系數(shù)。
2.級間加速裝置本實用新型的級間加速裝置采用NGW型漸開線圓柱行星齒輪變速軸承(該軸承的有關資料請參閱化學工業(yè)出版社出版的《機械設計手冊》中冊、第二版、第八篇第七章)。通常這種軸承用來做減速器，但在變速比不大的情況下，只要充分考慮主動軸與從動軸的結構強度，同時又因為本實用新型的直接作用對象是流體(氣體或液體)不會因變速或負載較重而發(fā)生機件損傷，所以可將它作為加速裝置使用。本實用新型就是在變速比不大的情況下，采用上述NGW型軸承做加速裝置的，但在制造選材和結構上都要留有足夠的安全系數(shù)，并要有良好的潤滑系統(tǒng)，這一點后面介紹。
本實用新型的第一種類型采用傳動比為iBX A的NGW型軸承，第三種類型采用傳動比為iXB A的NGW型軸承。
(1)傳動比為iBX A的NGW型軸承的簡圖如圖8所示，圖中1為主動軸，2為從動軸、A為太陽輪，B為內齒輪，X為行星架，C為行星輪。取傳動比iBX A＝0.35～0.36，即加速比為2.78～2.86，取行星齒輪的數(shù)目CS＝4～8(只能取整數(shù))。
(2)傳動比為iXB A的NGW型軸承的簡圖如圖9所示，圖中1為主動軸，2為從動軸，A為太陽輪，B為內齒輪，X為行星架，C為行星輪。取傳動比ixB A＝－0.55左右，即加速比為－1.82左右(負號“－”表示從動軸與主動軸轉動方向相反)。取行星齒輪的數(shù)目CS＝4～8(只能取整數(shù))。
有關NGW型軸承的內部結構請參閱上面提到的《機械設計手冊》的有關篇章。
為了使NGW型軸承的齒輪只在切向上受力、軸向上不受力，本實用新型使用的NGW型軸承需要在軸承內連接從動軸處加裝抗反作用力結構，其結構示意圖如
圖10和
圖11所示。兩圖中1是抗反作用力軸，2端連接NGW型軸承的從動軸，3是承力殼體，4是承力滾動軸承，5是非承力滾動軸承，6是十字型固定支架，7是密封軸套，8是潤滑劑出口，當抗反作用力結構不與NGW型軸承連接使用，而是單獨做為抗反作用力軸承使用時(見
圖1的3，圖3的12和14、圖4的3)，它與外動力軸的相接處，也要有密封軸套。
本實用新型所使用的NGW型軸承的外型示意圖如
圖12和
圖13所示。兩圖中1是NGW型軸承，2是主動軸，3是十字固定支架，4是潤滑劑進口管路，5是潤滑劑出口管路，6是抗反作用力結構，7是抗反作用力軸。
本實用新型中，NGW型軸承的主動軸與上一級葉輪軸相接，在該軸承內部從動軸與抗反作用力軸相接，作為NGW型軸承的輸出端的抗反作用力軸與下一級葉輪軸相接。
本實用新型中的NGW型軸承在制造時應采用一些新工藝、新技術，如該軸承內所有齒輪應采用滲碳——氮化等新工藝，各部件采用高強度合金鋼制造，轉動部件(軸承、齒輪等)還應有一定的含油特性。
3.加速器的潤滑系統(tǒng)本實用新型使用的NGW型軸承要采用密封設計，并在上、下兩個固定支架里留有潤滑劑進、出通道，見
圖12和
圖13。如果該實用新型被用做飛機和船舶的推進器，則潤滑系統(tǒng)應采用潤滑劑強迫循環(huán)方式，如
圖14所示，潤滑劑由壓力循環(huán)泵1送出，經潤滑劑注入管2和3，分別強迫注入第一級NGW型軸承4和第二級NGW型軸承5中，并從潤滑劑排出管6和7分別流出，經過各自管路的閥門8和9后，進入過濾器10，將潤滑劑中的雜質濾除后，又被壓力循環(huán)泵1送入潤滑劑注入管，供NGW型軸承循環(huán)使用。因本潤滑系統(tǒng)屬于附加裝置，故在
圖1，圖3和圖4等示意圖中沒有畫出。
如果本實用新型被用做軸流風機，則無必要采用潤滑劑強迫循環(huán)方式。
對NGW型軸承的密封指標，要視本實用新型的工作環(huán)境溫度，工作壓強而定。用于飛機和船舶時密封特性要很好，做軸流風機時密封特性一般即可。
本實用新型中的其它軸承(如抗反作用力軸承和普通支撐軸承等)也要求具有良好的密封性。
4.內、外通道系統(tǒng)本實用新型的第一種類型和第二種類型的外通道由外通道殼體和外通道流體預旋槽道隔板組成，見圖2。第三種類型的外通道沒有流體預旋槽道隔板，僅由外通道殼體組成，見圖5。
第一種類型和第二種類型的外通道流體預旋槽道隔板的彎曲方向必須與葉輪的旋轉方向相反，以便使內、外通道流體的旋轉方向相反，達到流體混流后消旋的目的。如果采用葉片斷面為圓滾線的葉輪，則其外通道流體預旋槽道隔板的彎曲曲線也應是圓滾線。如果采用翼型葉輪，則其外通道流體預旋槽道隔板的彎曲曲線應與翼型葉輪理論中入口導向輪的斷面曲線的迎風面曲線相似。以上說明了外通道流體預旋槽道隔板的水平彎曲曲線，但同時該隔板的彎曲曲線還應在垂直面上做圓周運動，也就是說該隔板的最后彎曲曲線是水平彎曲曲線與垂直彎曲曲線的疊加空間曲線，這一點可以從圖2中看出來。
內、外兩個通道的截面積應大致相等，即S外＝S內也就是r外＝2r2內+r2軸]]>其中S外為外通道截面積，S內為內通道截面積，r外為外通道截面半徑，r內為內通道截面半徑，r軸為葉輪軸半徑。內、外通道截面示意圖見
圖15。圖中1為外通道，2為內通道，3為r外，4為r內，5為r軸，6為葉輪軸。
外通道尾部直徑逐漸縮小，其末端最終要與內通道直徑相等，并與內通道連接(焊接、鉚接均可)，這可從
圖1至圖5中看出來。
以上介紹了本實用新型各部件的結構，下面介紹本實用新型第一、二、三種類型的應用。
本實用新型可用于三個方面飛機、船舶和工業(yè)軸流風機1.本實用新型可做為新型冷噴氣式飛機的推進裝置。采用活塞式航空發(fā)動機做為動力機，用本實用新型的第一種類型或第三種類型代替螺旋漿做為推進裝置，從而組成一臺新型冷噴氣發(fā)動機。這種新型冷噴氣發(fā)動機變活塞式螺旋漿發(fā)動機的拉進動力為后噴氣式推進動力，這樣即保持了活塞式航空發(fā)動機的省油和低噪聲的優(yōu)點，又克服了活塞式航空發(fā)動機由于螺旋漿的動力轉換效率低而使飛機速度不能大于700公里／小時的缺點，使這種新型冷噴氣發(fā)動機有可能成為新的低耗高效低噪聲航空動力裝置。另外對本實用新型的結構及動力引接方式做某些變動，則本實用新型也可與渦漿發(fā)動機組合成新型航空動力裝置。因已超出本實用新型范圍，故不詳述。
圖16和
圖17是本實用新型做為飛機的推進裝置的示意圖，兩圖中1是活塞式航空發(fā)動機，2是本實用新型的第一種類型或第三種類型，1＋2表示兩者組合成的新型冷噴氣發(fā)動機。
新型冷噴氣發(fā)動機的潤滑系統(tǒng)采用前面提到的潤滑劑強迫循環(huán)方式。
2.本實用新型可以做為船舶的新型推進裝置，見
圖18和
圖19。兩圖中1是船用內燃機，2是本實用新型的第三種類型。原則上說本實用新型的三種類型均可做船用推進裝置，但考慮到第一、二種類型的外通道因有流體預旋槽道隔板、容易卡住被吸入的海洋生物或其它物體而發(fā)生外通道阻塞，所以最好采用第三種類型做為船用推進器。
本實用新型構成的船舶新型推進裝置的潤滑系統(tǒng)也采用前面介紹的潤滑劑強迫循環(huán)方式。
3.本實用新型可以做為軸流風機使用，它的動力機可以是電動機或內燃機等。三種類型的本實用新型均可做為軸流風機，但第一、三兩種類型的結構較復雜，成本較高，宜在工作壓強要求較高時采用。當工作壓強要求不太高時，可采用結構簡單，成本低的第二種類型。
以下是與本實用新型有關的兩點說明1.由于本實用新型可用于三個不同領域(飛機、船舶、工業(yè)風機)，所以本實用新型可以做成三大系列的若干種產品。每種產品都需要根據(jù)各自領域的使用特點、技術性能要求等，確定本實用新型的各部件的尺寸、內外通道的直徑、葉輪系統(tǒng)的具體參數(shù)、NGW型軸承的各項參數(shù)及各零件尺寸、轉動部件的潤滑系統(tǒng)方式、各部件制造時的選材等等。以上工作及有關實驗及測試由生產單位進行。
2.本實用新型的葉輪葉片的斷面曲線采用圓滾線的理論推導某氣體單元沿某曲面在一恒定外力作用下，從A移動到B、同時運動方向也要隨之連續(xù)變化，要找出使氣體單元從A運動到B所用時間最短的曲面。
我們沿氣體運動方向將該曲面切開，得到一條曲線，找出某微氣體單元從A運動到B所用時間最短的曲線，即可得到前面所求曲面。
解微氣體單元相對位移速度V＝2ay]]>式中a為常量，又
V＝ (ds)/(dt) ＝1+y ′2dt]]>dx即2ay]]>＝1+y ′2dt]]>dxdxdt＝1+y ′22ay]]>dx從A移動到B所需的時間為T＝∫TOdt＝∫ao1+y ′22ay]]>dx采用變分法，求泛函J＝∫ao1+y ′22ay]]>dx且滿足邊界條件y(o)＝0；y(a)＝b的極值曲線。
因 F＝1+y ′22ay]]>
不含x，由它的歐拉方程y″Fy′y′＋y′Fy′y－Fy＝0的首次積分F－y′Fy′＝c有1+y ′22ay]]>－y′y ′2ay1+y ′2]]>=C化簡后，有y(1＋y′2)＝ 1/(2ac2)令c1＝ 1/(2ac2)有y(1＋y′2)＝c1用參數(shù)法解此方程，令y′＝ctg (θ)/2方程化為y＝ (C1)/(1+y′2) ＝c1sin2(θ)/2 ＝ (C1)/2 (1－cosθ)
又dx＝ (dy)/(y′) ＝c1sinθ2cosθ2dθctgθ2]]>＝ (C1)/2 (1－cosθ)dθ故x＝ (C1)/2 (θ－sinθ)＋c2所求曲線的參數(shù)方程為x＝ (C1)/2 (θ－sinθ)＋c2y＝ (C1)/2 (1－cosθ)由邊界條件y(0)＝0，可得c2＝0，有x＝ (C1)/2 (θ－sinθ)y＝ (C1)/2 (1－cosθ)常數(shù)c1可利用另一邊界條件y(a)＝b定出。該方程為圓滾線方程，并知 (C1)/2 為滾動圓的半徑，可寫為x＝r(θ－sinθ)y＝r(1－cosθ)其中r為滾動圓的半徑，θ為滾動圓的滾動角。這就是求出的運動時間最短的曲線。
用圓滾線做為葉輪葉片迎風面的截面曲線，在外力作用下氣流沿截面為圓滾線的葉輪葉片流動的速度為v＝ (ds)/(dt) ＝1+,y ′2dt]]>因為y′＝ (dy)/(dx) ＝ (sinθ)/(1－cosθ)dx＝r(1－cosθ)dθ所以V=1+(sinθ1-cosθ)2·r (1 - cosθ )dθdt]]>＝r2(1-cosθ)]]>(dθ)/(dt)
由此可見速度v由兩個因素構成其中r2(-cosθ)]]>項與圓滾線本身的參數(shù)有關；而(dθ)/(dt)項是滾動圓的角度變化率、也就是氣流沿圓滾線運動的角速度，它只與外力有關。前面提到外力為一恒定力，所以可設 (dθ)/(dt) 為一常量k，則速度為v＝r2(-cosθ)]]>K加速度為v′＝rksinθ1-cosθ]]>令V′＝0則rksinθ1-cosθ]]>＝0若要使等式成立，只有
式中n＝0，1，2，3，……若不考慮2π周期，則θ＝±π即θ＝±π時，速度達到最大值v＝2rk這是流過圓滾線葉輪葉片的流體速度的理論最大值。但葉輪是旋轉工作，理論上講外力不是一個恒定力，它的大小不變、但方向隨時在變，因此它的速度可分為軸向速度v軸和徑速度v徑，其中軸向速度是我們需要的，徑向速度是我們不希望有的，但又不可避免，見圖20。圖中1是圓滾線，2是軸轉動方向，3是轉動軸。
v軸＝vcosα＝rk2(-cosθ)]]>cosαv徑＝vsinα＝rk2(-cosθ)]]>sinα其中α為v與v軸之間的夾角?？梢宰C明當θ＝90°時，α＝ (θ)/2 ＝45°此時，軸向速度達到最大v軸＝rk徑向速度此時與軸向速度相等，因采取了流體消旋措施，實際獲得的軸向速度要大于rk，而徑向速度小于rk。因此當葉輪葉片截面的圓滾線的θ取值為
0°≤θ≤90°時，軸向功率最大。
當葉輪轉速不太高時，θ可取值為0°≤θ≤95°當葉輪轉速較高時，θ取值不應超過90°，即0°≤θ≤90°另外從式v＝rk2(-cosθ)]]>可以看出當滾動圓半徑r大時，流體速度就高，反又則小，這就要求盡可能加大扇形葉片的r參數(shù)，加大r必然要減少葉輪的葉片數(shù)量，所以一般扇形葉輪取4～6個葉片為宜。
權利要求1.一種新型軸流流體推進器，該推進器有三級加壓葉輪，及固定輸出導向葉輪，其特征在于第一級與第二級葉輪之間及第二級與第三級葉輪之間各裝有一個NGW型加速軸承，NGW型加速軸承的主動軸與從動軸的轉動方向相同，因此各級葉輪轉動方向相同，并且NGW型加速軸承的從動軸與抗反作用力軸承連接，以上葉輪逐級變速加壓系統(tǒng)裝設在內、外通道系統(tǒng)之中，外通道由外通道殼體和外通道流體預旋槽道隔板組成，外通道尾部直徑逐漸縮小，其末端最終與內通道直徑相等，并與內通道連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的新型軸流流體推進器，其特征在于使用了葉片迎風面的斷面曲線為圓滾線的扇形葉片的葉輪。
3.一種新型軸流流體推進器，該推進器有兩級加壓葉輪，及固定輸出導向葉輪，其特征在于兩級葉輪通過兩對固定變速比齒輪進行變速加壓，該葉輪變速加壓系統(tǒng)裝設在內、外通道系統(tǒng)之中，外通道由外通道殼體和外通道流體預旋槽道隔板組成，外通道尾部直徑逐漸縮小，其末端最終與內通道直徑相等、并與內通道連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的新型軸流流體推進器，其特征在于使用了葉片迎風面的斷面曲線為圓滾線的扇形葉片的葉輪。
5.一種新型軸流流體推進器，該推進器有三級加壓葉輪，及固定輸出導向葉輪，其特征在于第一級與第二級葉輪之間及第二級與第三級葉輪之間各裝有一個NGW型加速軸承，NGW型加速軸承的主動軸與從動軸的轉動方向相反、因此相鄰的葉輪轉動方向相反，并且NGW型加速軸承的從動軸與抗反作用力軸承連接，以上葉輪逐級變速加壓系統(tǒng)裝設在內、外通道系統(tǒng)之中，外通道由外通道殼體組成、其尾部直徑逐漸縮小，末端最終與內通道直徑相等，并與內通道連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的新型軸流流體推進器，其特征在于使用了葉片迎風面的斷面曲線為圓滾線的扇形葉片的葉輪。
專利摘要本實用新型屬于將機械能轉變?yōu)榱黧w動能的動力轉換裝置。它由多級葉輪系統(tǒng)，內、外通道殼體，級間加速裝置及抗反作用力軸承等主要部件組成。它通過逐級變速形成的級間相對負壓和外通道流體預旋裝置或下級葉輪反轉等措施進行流體消旋。它克服了這類裝置不能以較高壓強工作的缺點，并且有低耗、高效的特點。該裝置可做為飛機和船舶的推進器，也可以作為工業(yè)軸流風機。
文檔編號F01D1/00GK2043277SQ8820783
公開日1989年8月23日 申請日期1988年7月4日 優(yōu)先權日1988年7月4日
發(fā)明者齊反三 申請人:齊反三