[发明专利]一种涡扇发动机的风扇气动布局结构和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡扇发动机风扇气动布局结构和方法，尤其涉及一种进口带非全叶高增压转子的涡扇发动机风扇气动布局结构和方法，能够在维持风扇效率和外径基本不变的前提下大幅度提高风扇流通能力和风扇内涵压比，特别适用于高性能航空燃气涡轮风扇发动机。

背景技术

风扇是航空涡扇发动机中尺寸和重量最大的部件之一，其性能的好坏不仅直接决定了发动机的推重比和耗油率等性能参数，而且，对涡扇发动机整机的稳定性和可靠性也有重大影响。在发动机尺寸不变的前提下，提高单位面积迎风流量意味着风扇的加功量增大，发动机可以产生更大的推力，因此单位面积迎风流量是衡量发动机整体推进性能的一个重要参数，提高单位面积迎风流量可提高发动机的流通能力，减小发动机直径和重量。

减小风扇进口轮毂比和增大风扇轴向来流马赫数是提高单位面积迎风流量的两种有效途径。然而轴向马赫数的增加会进一步增加叶片尖部进口相对马赫数，在叶片通道内形成较强的激波，导致激波/附面层相互作用加剧，严重时会使得叶片通道内出现大尺度的开式分离，损失急剧增加，限制了压气机的效率和稳定工作裕度的提升。降低风扇进口轮毂比会使得风扇反力度降低，风扇静子叶片根部负荷增加，设计难度加大；另一方面，为满足尖部稠度要求而选择的叶片数会造成转子根部的稠度增大，降低风扇进口轮毂比会导致在小尺寸轮盘上叶片排列困难，增加了风扇转子加工难度。因此，亟需寻求一种能够有效提高航空发动机风扇单位面积迎风流量的气动布局。

发明内容

针对现有技术的缺点和不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种设计合理、既实现风扇流通能力和内涵增压比提高，又能保证风扇效率和外径基本不变的新型发动机风扇气动布局结构和方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种涡扇发动机的风扇气动布局结构，包括由风扇转子叶片和风扇转子轮盘组成的风扇转子、风扇静子叶片和风扇外机匣，其特征在于，所述风扇气动布局结构还包括非全叶高风扇增压转子，所述非全叶高风扇增压转子包括非全叶高增压转子轮盘以及沿周向均布在非全叶高增压转子轮盘外圆周上的多个非全叶高增压转子叶片，所述非全叶高风扇增压转子和风扇转子同轴布置，且所述非全叶高风扇增压转子位于所述风扇转子的进口轮盘处，所述非全叶高增压转子叶片的数量与风扇转子叶片的数量相同，所述非全叶高增压转子叶片周向与风扇转子叶片交错排列，且所述非全叶高风扇增压转子的旋转方向以及旋转速度与风扇转子相同；所述非全叶高增压转子叶片的径向高度、叶片根部轴向弦长均不超过所述风扇转子叶片的对应尺寸的一半，且所述非全叶高增压转子叶片的前缘线与旋转轴之间的夹角为30°～60°，所述非全叶高增压转子叶片的尾缘线与风扇转子前缘线相互平行，所述非全叶高风扇增压转子用以对所述风扇转子叶片根部附近气流进行增压。

本发明的进口带非全叶高增压转子的涡扇发动机风扇气动布局结构，采用非全叶高风扇增压转子对风扇转子根部附近气流进行增压，以增加风扇内涵压比和风扇根部附近的流通能力。

优选的，本发明所述非全叶高增压转子叶片的径向高度为风扇转子叶片高度的15%～30%。

优选的，本发明所述非全叶高增压转子叶片的根部轴向弦长为风扇转子叶片根部弦长的30%～50%。

优选的，本发明所述非全叶高增压转子叶片的叶片尖部轴向弦长为其根部轴向弦长的5%～15%。

优选的，本发明所述非全叶高增压转子叶片与风扇转子叶片之间的最小距离为风扇转子叶顶轴向弦长的3%～5%。

优选的，本发明所述非全叶高增压转子叶片周向与风扇转子叶片交错排列，所述非全叶高增压转子叶片朝风扇转子旋转反方向错位15%～30%栅距。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种涡扇发动机的风扇气动布局方法，所述涡扇发动机包括风扇转子，其特征在于，在所述风扇转子的进口处同轴布置非全叶高风扇增压转子，所述非全叶高风扇增压转子的叶片数量与风扇转子的叶片数量相同，且所述非全叶高风扇增压转子的旋转方向以及旋转速度与风扇转子相同，所述非全叶高风扇增压转子的叶片径向高度、叶片根部轴向弦长均不超过所述风扇转子叶片的对应尺寸的一半，且所述非全叶高风扇增压转子的叶片前缘线与旋转轴之间的夹角为30°～60°，所述非全叶高增压转子叶片的尾缘线与风扇转子前缘线相互平行，所述非全叶高风扇增压转子用于对所述风扇转子叶片根部附近气流进行增压。