專利名稱：進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器針對(duì)畸變 流場(chǎng)不對(duì)稱性和非定常性，利用該不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器實(shí)施不對(duì)稱非定常激勵(lì)， 以不對(duì)稱來(lái)耦合不對(duì)稱，在大幅度拓寬壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍、提升壓氣機(jī)壓升的同時(shí)， 顯著改善壓氣機(jī)氣動(dòng)效率，明顯提高飛機(jī)的最大許用飛行迎角。
背景技術(shù)：
作為飛機(jī)的"心臟"，發(fā)動(dòng)機(jī)是戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)性能的關(guān)鍵因素。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在飛 機(jī)上時(shí)，飛機(jī)、進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性能可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離各自設(shè)計(jì)性能。進(jìn)氣道復(fù)雜 結(jié)構(gòu)、飛機(jī)加速、機(jī)動(dòng)、起降以及來(lái)流大氣環(huán)境變換，都將導(dǎo)致進(jìn)氣道出口流場(chǎng)畸變， 畸變不對(duì)稱場(chǎng)嚴(yán)重降低了壓氣機(jī)氣動(dòng)性能，特別是大幅度降低了壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范 圍，有可能促使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)氣動(dòng)不穩(wěn)定，其表現(xiàn)形式為發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)失速、喘振、葉 片顫振、耦合振動(dòng)、轉(zhuǎn)子強(qiáng)迫振動(dòng)及渦輪部件超溫，嚴(yán)重可能導(dǎo)致空中熄火或空中停 車，甚至結(jié)構(gòu)損壞，出現(xiàn)機(jī)毀人亡的災(zāi)難性后果。
為了提升飛機(jī)機(jī)動(dòng)靈敏性，提升戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從主動(dòng)擴(kuò)穩(wěn)技術(shù) 和被動(dòng)擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)出發(fā)，探索了多種改善壓氣機(jī)穩(wěn)定性的技術(shù)措施，如可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉、 可調(diào)靜子葉片、級(jí)間放氣、多轉(zhuǎn)子、抽吸氣、吹氣和處理機(jī)匣等，取得了較好的擴(kuò)穩(wěn) 效果。所有擴(kuò)穩(wěn)措施中，處理機(jī)匣以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)施方面、顯著的擴(kuò)穩(wěn)能力和抗畸 變能力而備受國(guó)內(nèi)外研究者的青睞，處理機(jī)匣技術(shù)已經(jīng)在新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中得到了實(shí) 際有效的應(yīng)用，JT-9D發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇外機(jī)匣、CF-6發(fā)動(dòng)機(jī)和前蘇聯(lián)米-23飛機(jī)上用 的P-29發(fā)動(dòng)機(jī)上都采用了這種技術(shù)。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)展了多種處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)型式，對(duì)處理機(jī)匣幾何形狀和幾何尺寸等參 數(shù)進(jìn)行了大量研究，以獲得滿意的處理機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果，并對(duì)處理機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)流動(dòng)機(jī)理進(jìn) 行了大量分析。到目前為止，已有研究結(jié)果顯示，各種幾何形狀和尺寸的處理機(jī)匣在200720173809.X
說(shuō)明書(shū)第2/5頁(yè)
擴(kuò)大壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度的同時(shí)，都會(huì)不同程度地降低壓氣機(jī)氣動(dòng)效率。
近四十年的研究雖然揭示了一些影響處理機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)效果的流動(dòng)因素，卻沒(méi)有完 全揭示處理機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)流動(dòng)機(jī)理，處理機(jī)匣技術(shù)依然停留在定常、經(jīng)驗(yàn)階段。壓氣機(jī)氣 動(dòng)效率下降成為傳統(tǒng)處理機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)最致命的缺點(diǎn)，限制了處理機(jī)匣獲得更廣泛的 應(yīng)用。因此，現(xiàn)有處理機(jī)匣技術(shù)研究目標(biāo)是保證較高穩(wěn)定裕度增量的同時(shí)，獲得較優(yōu) 的、甚至改善的壓氣機(jī)氣動(dòng)效率。
傳統(tǒng)處理機(jī)匣存在兩個(gè)主要缺陷 一方面，處理機(jī)匣與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 帶處理機(jī)匣的壓氣機(jī)流場(chǎng)具有強(qiáng)烈的非定常性，處理機(jī)匣非定常分量與壓氣機(jī)非定常 分離流相互作用勢(shì)必影響處理機(jī)匣擴(kuò)穩(wěn)功能，傳統(tǒng)處理機(jī)匣沒(méi)有考慮處理機(jī)匣/壓氣
機(jī)轉(zhuǎn)子非定常相互作用；另一方面，畸變不對(duì)稱來(lái)流條件下，壓氣機(jī)在不同周向位
置工作在不同氣動(dòng)負(fù)荷工況下，壓氣機(jī)分離繞流流場(chǎng)嚴(yán)重不對(duì)稱，傳統(tǒng)處理機(jī)匣處理 槽為全周均勻分布，沒(méi)有考慮進(jìn)氣畸變流場(chǎng)不對(duì)稱性。基于以上兩點(diǎn)，傳統(tǒng)處理機(jī)匣
不能獲得較為滿意的擴(kuò)穩(wěn)效果即在拓展壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的基礎(chǔ)上，降低了壓氣 機(jī)氣動(dòng)效率。
發(fā)明 內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有處理機(jī)匣技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型描述了一種進(jìn)口嚴(yán)重畸變下 不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器，包括一個(gè)處理環(huán)和數(shù)個(gè)調(diào)距環(huán)，調(diào)距環(huán)在軸向上緊貼處理 環(huán)，用于調(diào)整處理環(huán)的軸向位置。其特征是，處理環(huán)開(kāi)有不對(duì)稱分布的月牙斜槽。
該進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器所述的處理槽結(jié)構(gòu)型式為月牙斜槽 結(jié)構(gòu)，通過(guò)我們大量實(shí)驗(yàn)研究，月牙斜槽是現(xiàn)有最佳處理結(jié)構(gòu)型式之一。針對(duì)畸變流 場(chǎng)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性，將處理機(jī)匣分成激勵(lì)區(qū)和無(wú)激勵(lì)區(qū)，其中激勵(lì)區(qū)存在處理槽，對(duì)畸
變區(qū)和過(guò)渡區(qū)分離繞流流場(chǎng)實(shí)施非定常激勵(lì)；無(wú)激勵(lì)區(qū)為實(shí)壁機(jī)匣部分。因此，根據(jù)
畸變流場(chǎng)不對(duì)稱性，例如畸變區(qū)數(shù)目和畸變區(qū)周向范圍，可將處理機(jī)匣分為一個(gè)或多 個(gè)激勵(lì)區(qū)，激勵(lì)區(qū)之間為實(shí)壁區(qū)。
本實(shí)用新型所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器置于壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片尖部的上方，利用數(shù)個(gè)調(diào)距環(huán)調(diào)節(jié)月牙斜槽處理機(jī)匣前伸量，其前伸量為轉(zhuǎn)子葉片 軸向弦長(zhǎng)的30% 70%。該不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器在設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮到了軸流 壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的非定常性，特別針對(duì)畸變不對(duì)稱流場(chǎng)設(shè)計(jì)開(kāi)有不對(duì)稱分布的月牙斜 槽處理環(huán)。這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)S流壓氣機(jī)葉尖分離流場(chǎng)產(chǎn)生明顯的不對(duì)稱非定常激勵(lì)， 使得流場(chǎng)變得更為有序，壓氣機(jī)氣動(dòng)效率有所提高，穩(wěn)定工作裕度和壓升有明顯增加， 因而將之稱為進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器，以區(qū)別于傳統(tǒng)處理機(jī)匣。所 述的激勵(lì)區(qū)周向范圍一般在60-240度之間。
本實(shí)用新型所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器能夠取得比傳統(tǒng)處 理機(jī)匣更好的擴(kuò)穩(wěn)效果，除了能顯著提高軸流壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度之外，還能提高壓氣 機(jī)氣動(dòng)效率約1個(gè)百分點(diǎn)。


圖1為一種新型的月牙斜槽結(jié)構(gòu)處理機(jī)匣示意圖(圖中a為S2流面剖視圖，b 為S3流面剖視圖，c為Sl流面剖視圖)；
圖2為月牙斜槽結(jié)構(gòu)處理機(jī)匣軸向剖視圖(圖中l(wèi)為月牙凹槽，2為調(diào)距環(huán)，3
為轉(zhuǎn)子葉片)；
圖3為一個(gè)低壓區(qū)畸變來(lái)流總壓分布
圖4為本實(shí)用新型所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器S3流面剖視 圖，此時(shí)進(jìn)口畸變流場(chǎng)存在一個(gè)畸變區(qū)；
圖5為進(jìn)口畸變流場(chǎng)存在一個(gè)畸變區(qū)時(shí)，利用進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常 發(fā)生器改善壓氣機(jī)氣動(dòng)性能和穩(wěn)定性實(shí)施例，壓氣機(jī)效率特性圖6為進(jìn)口畸變流場(chǎng)存在一個(gè)畸變區(qū)時(shí)，利用進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常 發(fā)生器改善壓氣機(jī)氣動(dòng)性能和穩(wěn)定性實(shí)施例，壓氣機(jī)總壓升特性具體實(shí)施方式
為更清楚描述本實(shí)用新型，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器典型實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖2為本實(shí)用新型所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器軸向剖視圖。 此不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器由一個(gè)處理環(huán)和數(shù)個(gè)調(diào)距環(huán)組成。處理環(huán)在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉 片的上方，利用數(shù)個(gè)調(diào)距環(huán)調(diào)節(jié)月牙斜槽處理機(jī)匣前伸量。
利用處理機(jī)匣改善壓氣機(jī)氣動(dòng)性能時(shí)，通過(guò)調(diào)整調(diào)距環(huán)的軸向長(zhǎng)度，處理環(huán)沿軸 向往前或往后移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)處理機(jī)匣前伸量或搭接量。
圖4為本實(shí)用新型所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器的典型實(shí)例 的處理環(huán)的S3流面剖視圖，此時(shí)，畸變來(lái)流流場(chǎng)僅僅存在一個(gè)畸變低壓區(qū)，畸變區(qū) 周向范圍^ = 200°。處理環(huán)由一個(gè)激勵(lì)區(qū)和一個(gè)實(shí)壁區(qū)組成。激勵(lì)區(qū)所對(duì)應(yīng)的扇形角 = 240°,周向跨越了畸變低壓區(qū)周向范圍;s并在過(guò)渡區(qū)實(shí)施一定的范圍的非定常 激勵(lì)，其中^ =10°和《2 =30'。激勵(lì)區(qū)內(nèi)開(kāi)有2"/3個(gè)處理槽，全周處理槽數(shù)n由處 理機(jī)匣/壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子非定常相互作用確定，此處理槽的結(jié)構(gòu)形式為如圖1所示的新型 月牙斜槽結(jié)構(gòu)。實(shí)壁區(qū)范圍內(nèi)的處理環(huán)內(nèi)壁為光壁，沒(méi)有開(kāi)任何形式的處理槽，所對(duì) 應(yīng)的扇形角〃 =120° 。這個(gè)實(shí)施例所述的激勵(lì)區(qū)和實(shí)壁區(qū)的周向范圍之比"/" = 2 。
利用這種典型實(shí)施例進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器改善壓氣機(jī)氣動(dòng) 性能和穩(wěn)定性，考慮畸變來(lái)流條件下壓氣機(jī)分離繞流流場(chǎng)不對(duì)稱性，激勵(lì)區(qū)內(nèi)的處理 槽可為深淺不均勻、寬度不均勻的處理槽，以在不同區(qū)域?qū)嵤┎煌瑥?qiáng)度的非定常激勵(lì)。
由上述這種典型實(shí)施例的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器可知，本實(shí)用
新型所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器相對(duì)于傳統(tǒng)的處理機(jī)匣，最主要 的特征在于針對(duì)畸變流場(chǎng)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，處理環(huán)上開(kāi)有不對(duì)稱分布的處理槽，并且處理 槽數(shù)目、搭接量、前伸量、槽深等幾何參數(shù)均依據(jù)非定常耦合流型理論，在深入分析 壓氣機(jī)分離繞流流場(chǎng)時(shí)空結(jié)構(gòu)，充分考慮處理機(jī)匣非定常分量與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子非定常分 離流之間的相互作用之后確定的。
圖5—圖6反映了上述這種典型實(shí)施例的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā) 生器應(yīng)用在某低速軸流壓氣機(jī)上所取得的優(yōu)于傳統(tǒng)處理機(jī)匣的效果。圖中，實(shí)心為軸 流壓氣機(jī)在100%設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速工作條件下的壓氣機(jī)氣動(dòng)特性，空心點(diǎn)為軸流壓氣機(jī)在85%設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速工作條件下的壓氣機(jī)氣動(dòng)特性；A指光壁機(jī)匣條件下壓氣機(jī)氣動(dòng)特性 曲線，B為處理槽全周均勻分布條件下壓氣機(jī)氣動(dòng)特性曲線，C為本實(shí)用新型所述的 進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器條件下壓氣機(jī)氣動(dòng)特性曲線。由圖5和圖6
可知，相對(duì)于實(shí)壁機(jī)匣，處理槽全周均勻分布時(shí)，處理機(jī)匣雖然能大幅度拓展壓氣機(jī) 穩(wěn)定工作范圍，卻降低了壓氣機(jī)氣動(dòng)效率(氣動(dòng)效率降低約l.l個(gè)百分點(diǎn))；本實(shí)用 新型所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器不僅能大幅度拓展壓氣機(jī)穩(wěn)定 工作范圍(穩(wěn)定工作裕度增加47.40/J，還能有效改善壓氣機(jī)氣動(dòng)效率(氣動(dòng)效率提 高約0.7個(gè)百分點(diǎn))。因此，相對(duì)于處理槽全周均勻分布處理機(jī)匣，本實(shí)用新型所述 的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器在保持較大幅度穩(wěn)定裕度增量的同時(shí)，而 且提高了壓氣機(jī)氣動(dòng)效率(相對(duì)于處理槽全周均勻分布，本實(shí)用新型的進(jìn)口嚴(yán)重畸變 下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器促使壓氣機(jī)氣動(dòng)效率提高約1.8個(gè)百分點(diǎn))，全面改善壓 氣機(jī)綜合氣動(dòng)性能。
權(quán)利要求1、進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器，包括一個(gè)處理環(huán)和數(shù)個(gè)調(diào)距環(huán)，調(diào)距環(huán)在軸向上緊貼處理環(huán)，其特征是處理環(huán)開(kāi)有不對(duì)稱分布的月牙斜槽。
2、 如權(quán)利要求1所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器，其特征在于所述 的處理環(huán)包括一個(gè)以上開(kāi)有處理槽的激勵(lì)區(qū)， 一個(gè)以上沒(méi)有開(kāi)處理槽的實(shí)壁區(qū)。
3、 如權(quán)利要求1所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器，其特征在于其前 伸量為轉(zhuǎn)子葉片軸線弦長(zhǎng)的30% 70%。
4、 如權(quán)利要求2所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器，其特征在于所述 的激勵(lì)區(qū)和實(shí)壁區(qū)間隔分布。
5、 如權(quán)利要求2所述的進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器，其特征是所述的 激勵(lì)區(qū)周向范圍共為60° ~ 240°之間。
專利摘要本實(shí)用新型涉及進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器。該發(fā)生器包括一個(gè)開(kāi)有不對(duì)稱分布的月牙斜槽處理環(huán)，以及數(shù)個(gè)用于改變?cè)卵啦矍吧炝康恼{(diào)距環(huán)。該處理環(huán)包括開(kāi)有處理槽的激勵(lì)區(qū)和無(wú)處理槽的實(shí)壁區(qū)。該進(jìn)口嚴(yán)重畸變下不對(duì)稱機(jī)匣非定常發(fā)生器的設(shè)計(jì)考慮到飛機(jī)大迎角飛行工況下進(jìn)氣道出口畸變流場(chǎng)不對(duì)稱性和非定常性，對(duì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的葉尖流場(chǎng)實(shí)施不對(duì)稱非定常激勵(lì)，以不對(duì)稱來(lái)耦合不對(duì)稱，減小壓氣機(jī)分離旋渦強(qiáng)度和尺度，在拓寬壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍、提升壓氣機(jī)壓升基礎(chǔ)上，壓氣機(jī)氣動(dòng)效率不但不下降，反而有所提高(提高約1個(gè)百分點(diǎn))，從而全面改善壓氣機(jī)綜合氣動(dòng)性能。
文檔編號(hào)F04D29/40GK201221499SQ200720173809
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者李秋實(shí), 蔣華兵, 陸亞鈞 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)