[实用新型]一种用于航空发动机压气机的处理机匣结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于航空发动机压气机的处理机匣结构，能够实现风扇/压气机扩稳增效的效果，特别适用于高性能航空燃气涡轮发动机。

背景技术

为了使得发动机的整体性能指标显著提高，其中最重要的手段是提高推重比。这就对压气机/风扇的设计水平提出了更高的要求。更高的单级压比和效率，在更少的级数上实现更高的负荷就成为压气机、特别是风扇研制所追求的目标。追求更高的级压比一直是各国研制风扇/压气机的发展方向。

然而，风扇/压气机级的负荷越高，对其稳定工作裕度条件的要求也更加苛刻，追求更高的级压比与提高压气机稳定工作裕度之间存在着一定的矛盾。而作为现代飞机主要动力装置的燃气涡轮发动机，却要求能在广阔的飞行速度范围内以及各种畸变和不稳定的来流条件下保持稳定的工作，而发动机的稳定工作范围是由风扇/压气机的工作点与失速边界之间可能的流量变化范围决定的，如果这个范围很小，或者说失速裕度过小，一旦压缩系统进入这类非稳定流动状态，将导致：（1）压缩机性能极度下降，以致难以维持正常的热力循环过程；（2）整机振动严重恶化，极易导致压气机或涡轮叶片的断裂；（3）燃烧室内的高温气体回火，常常导致烧坏压气机末级静叶；（4）失速的滞后性质又严重影响着它的解除过程，甚至在F100发动机中因不可解除的失速现象而导致了机毁人亡的恶性事故。这就迫使设计者们必须预留足够的失速裕度来预防这类流动失稳现象发生，然而，典型压气机高效和高参数运行区域通常临近压气机流动失稳边界，这种保证一定失速裕度的做法对压气机的性能来说无疑是个极大的浪费。因此希望压气机的稳定工作范围越宽越好，以使压气机尽量在接近高效和高参数运行区域工作。另一方面，更宽的稳定工作范围可以允许发动机偏离设计状态更远，从而使发动机有更高的抗畸变能力以及为飞行器提供更宽的飞行包线等。

现有的缝式机匣处理结构，由于具有结构简单、成本低廉且无需变更价格昂贵的叶片，改型方便，再加上可靠性高，扩稳效果好，抗畸变能力强等特点而被广泛地应用于许多发动机实际型号中，如JT-9D 发动机、米格23 用P-29 发动机、苏27 用ДЛ-31Ф发动机，米格29用PД-33 发动机以及国内的涡喷-7 甲发动机，涡喷-13，涡喷-14 发动机等，面对现代高负荷压气机设计中所面临的稳定工作裕度不足的问题，机匣处理已成为当今世界上用于扩大压气机稳定工作范围的重要手段之一。

如图1-3所示，传统的轴向缝式处理机匣是在机匣上沿压气机的轴向开槽，其槽深方向与压气机的径向成一定夹角。当槽深方向对准来流方向时，无论来流是均匀流或发生进口畸变，稳定裕度都有较大改善。但这类处理机匣的缺点是稳定裕度的改善以损失压气机的效率为代价。传统的处理机匣之所以会降低压气机的峰值效率，其中一个很重要的原因便是处理槽的几何结构设计的不合理，没有很好地组织处理机匣内部流动。

传统轴向缝倾斜缝处理机匣结构同时利用了叶顶两侧的压力梯度以及叶片通道较大的流向压力梯度，再加上处理槽槽道沿径向朝叶片旋转方向倾斜了一定角度，处理槽扮演着冲压作用，使得叶片通道内部流动进入处理槽槽道，处理槽对叶片通道上游的这种抽吸作用使的稳定工作裕度得以提高。然而这种做法使得处理槽内会产生较强的射流，由于这股较强的射流具有较大的周向速度分量，并且其方向与叶片旋转方向相反，因此，这股较强的射流是处理机匣流动损失的主要来源，其对压气机的效率具有较大的影响：一方面，射流相当高的周向速度以及与主流方向的不一致性使得射流与主流之间的掺混很强，从而带来较高的损失；另一方面，射流使得叶顶来流攻角增大，恶化了叶顶来流条件，使得压气机效率明显下降。

而公开号为CN       101761511A的中国专利申请公开了一种开槽宽度为抛物线的离心压气机非对称自循环处理机匣，该方案虽然可以可以提高离心式压气机的稳定工作范围，同时维持效率基本不变，但是存在结构复杂，加工制造成本高等问题，难于在实际发动机型号上应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、即实现了稳定工作裕度提升又不牺牲压气机效率、结构简单实用的用于航空发动机压气机的处理机匣结构。