[发明专利]基于激波压缩技术的中空轴旋转冲压压缩转子

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，特别涉及一种应用于各种燃气轮机中的基于超 燃冲压发动机进气流道压缩技术的冲压压缩转子。

背景技术

压缩系统即压气机是燃气轮机的三大部件之一，其作用是对进入发动机的 气流进行压缩，以获得合适温度和压力的空气。压气机压比的大小和压缩效率 的高低将直接决定着燃气轮机的循环效率和功率，而其体积和重量又在很大程 度上影响燃气轮机的功率重量比。目前，燃气轮机中常用的气流压缩方式主要 有轴流式压缩、离心式压缩和混合压缩。轴流式压缩单级压缩效率高、应用广 泛、技术成熟，但是其单级压比低、达到高压比需要多级压缩、压缩系统体积 和重量大、总压缩效率降低；离心式压缩单级压比较高、性能比较稳定，但是 它的效率较低。上述两种气流压缩方式也可以混合进行使用，但对提高燃气轮 机的功率重量比没有本质影响。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种基于超燃冲压发动机进气流道压缩技 术的冲压压缩转子，其具有增压比高、压缩效率高、结构简单紧凑、体积小、 重量轻、制造成本低、拆装方便、易于维护、可靠性高等优点。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

基于激波压缩技术的中空轴旋转冲压压缩转子，包括：中空轴，与中空轴 同步转动装配的轮盘组件和罩置于轮盘组件外部的外机匣；

其中，轮盘组件的轮盘外缘外壁表面均匀分布有多个螺旋形隔板，且每一 个螺旋形隔板的安装角度相同；

每相邻两个螺旋形隔板之间的间隙形成一条进气流道，每条进气流道由入 口端致出口端依次设置有气流压缩段、喉部隔离段和三角形出口延伸段；

其中，气流压缩段为径向间隙逐渐缩小的压缩气道；喉部隔离段为径向间 隙保持不变的等面积通道；三角形出口延伸段为径向间隙保持不变，且周向柱 面内为三角形的气道；

作为优选结构，气流压缩段和喉部隔离段位于相邻两个螺旋形隔板的重叠 区域内。

作为优选结构，轮盘组件包括：套筒、腹板和轮毂；套筒与中空轴同步转 动装配，轮毂通过腹板与套筒同步转动装配固定；其中，轮盘外缘为轮毂周向 外壁。

作为优选结构，套筒和轮毂轴向两侧边缘为轴向转动密封位，且密封形式 采用篦齿密封或刷式密封。

作为优选结构，气流压缩段上或喉部隔离段中设置有附面层泄除装置、附 面层吹除或抽吸装置。

作为优选结构，气流压缩段和喉部隔离段的总长度小于等于相邻两个螺旋 形隔板重叠的长度。

作为优选结构，螺旋形隔板与外机匣之间的间隙控制根据需要采用主动或 被动间隙控制技术。

作为优选结构，外机匣的内壁涂上一层易磨涂层，在螺旋形隔板顶部附以 耐磨材料来控制外机匣与螺旋形隔板顶部之间的泄漏损失，在螺旋形隔板的顶 部设置叶冠以封闭压缩转子的进气流道，叶冠与外机匣之间根据需要留有间隙。

采用上述技术方案的本发明，通过如下技术方案和空气动力学理论来实现：

超燃冲压发动机工作时，其进气流道担负了使高速来流气体减速增压的作 用，而该进气流道的主要工作原理是靠飞行器高速飞行时，空气与飞行器保持 较高的相对速度，该速度往往几倍于声速，超声速气流进入进气流道后，经过 气流压缩段，方向发生折转，从而产生多道斜激波或由等熵压缩使得高速气流 减至低超声速，其压强和温度升高，通过喉部隔离段稳定流动后，从进气流道 出口排出压缩后的超声速气体，由此气体动能转化为压力势能。通过合理设计 进气流道气流压缩段的形状，就能使进气流道保持较好的性能。