[发明专利]一种非轴对称尾流撞击发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种能提高航空发动机用压气机的绝热效率，同时压气机的总压升和稳定裕度也略有增加的非轴对称尾流撞击发生器。

背景技术

目前，叶轮机械工业已成为了一个国民经济和军事力量的支柱，在国家战略中起着主导作用。但是该领域内的人都知道，在航空发动机压气机内部存在着强烈和复杂的非定常流动。一方面，转/静叶排的相互干扰形成了压气机内特有的非定常性；另一方面，压气机内部流动还存在一定的非轴对称特征和丰富的二次流。这种强烈而无序的非定常流动极大地限制了压气机性能的进一步提升。但是，随着人们对非定常流动机理认识的逐步深入，已经逐渐意识到非定常流动中蕴藏着丰富的潜能，因此，人们开始采取了很多方法控制和利用非定常潜能来提高压气机的性能。

在控制和利用压气机内部的非定常潜能方面，国内外工作者做了大量的研究工作。比如在压气机的外部或内部施加合适频率和幅值的声激励，一般来说内部声激励从功率要求和激励效果上要优于外部声激励。人们还采用合成射流激励也取得了一定的正效果。处理机匣可以大幅提高压气机喘振裕度，在实际工程中得到了广泛应用。近年来，北京航空航天大学的研究者们也发明了一种轴对称尾流撞击发生器。

但上述声激励和合成射流的方法在实际工程应用上难度很大；处理机匣虽然能大幅提高压气机的喘振裕度，单它往往是以降低压气机的绝热效率为代价的；轴对称尾流撞击发生器在实验中对压气机的总压升、效率和失速裕度均略有提高，但是，其对压气机效率的提高仍很少。

因此，如何更有效地控制和利用压气机内部的非定常流动，设计出一种能够产生多种频率的激励发生器，使它不仅能对主流区进行更好地整流而且能对复杂的二次流进行一定程度的整流，使流场更加有序，减少流动损失和减轻叶背分离，在明显提高压气机绝热效率的同时，使得压气机的总压升和失速裕度也略有提高。这种非定常多频率激励的尾流撞击发生器成为本发明所追求的目标。

发明内容

受到目前在外流方面的一些研究成果以及只能产生单频率的轴对称尾流撞击发生器的的启发，并针对压气机内的非定常流动特点，本发明提供了一种能产生多频率激励的非轴对称尾流撞击发生器。其特征是在轴对称尾流激励发生器的基础上去掉50％的进口导流叶片。这种非轴对称尾流撞击发生器包括：机匣、进口直导流叶片和轮毂。进口导流叶片的分布分为四个激励区，四个激励区和四个没有导叶的缓冲区相间分布，每个激励区的叶片数为轴对称尾流撞击发生器总叶片数的12.5％。

这种非轴对称尾流撞击发生器是在轴对称尾流撞击发生器的基础上进行设计发明的。首先对轴对称尾流撞击发生器进行设计，如图1方案A所示，轴对称尾流撞击发生器是沿周向均匀分布若干个导流叶片。导流叶片的个数的确定方法为：首先用实验或数值计算的方法确定某一转速n时转子叶片的旋涡脱落频率f_shed，则由式(1)可得到IGV(进口导流叶片)的个数：

在设计好的轴对称尾流撞击发生器上分区地取下50％的导流叶片，具体如图2方案B所示。方案B中，在激励区，下游流场能感受到连续的尾迹亏损，而在缓冲区，下游流场则不能感受到尾迹亏损。尾迹信号的这种从有到无，再从无到有的转变过程，就是一个典型的低频方波激励信号，这是轴对称尾流撞击方案所不能提供的。此外，在激励区，转子流场还会感受到多个尾迹连续经过时产生的高频率的尾流激励信号。而这个高频激励信号就是轴对称尾流撞击发生器能对下游流场产生耦合激励频率。

从非轴对称尾流撞击发生器对压气机流场的非定常激励频率分析，可以知道本发明所述的非轴对称尾流撞击发生器对压气机流场的激励是多频率的，而轴对称结构的尾流撞击发生器对压气机流场的激励频率为单一频率。因此，本发明所述的非轴对称尾流撞击发生器相对轴对称尾流撞击发生器来说，具有不同的非定常作用机理。

这种结构能够对压气机主流区及端壁区二次流产生明显的非定常激励整流作用，使得流场变得更为有序，而且本发明相对于轴对称尾流撞击发生器也减少了50％的进口导叶，也就减少了堵塞和损失，因而能取得与轴对称尾流撞击发生器不同的效果，使压气机绝热效率明显提高的同时，也使得压气机的总压升和失速裕度略有提高。

附图说明

图1为轴对称尾流撞击发生器(方案A)示意图；

图2为非轴对称尾流撞击发生器方案B示意图；

图3尾流撞击方案A和B对压气机效率特性的影响；

图4尾流撞击方案A和B对压气机总压升特性的影响；

图5为轴对称尾流撞击方案A激励频谱；