[发明专利]一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构

说明书

本发明公开一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构，在冷却空气通过的转静系盘腔内设计板状导向器，导向器上端与封严环末端间相接，导向器与篦齿盘盘面相对的一侧底部为螺栓遮挡面，用于遮挡篦齿盘螺栓；其余为导向面，用于改变气流方向。当气流经篦齿盘上方篦齿流入，由导向器导向面使气流转向，沿径向流动；气流转向后由于哥氏力作用，使篦齿盘螺栓周围的气体周向加速，减小了气体与篦齿盘螺栓的相对速度，使篦齿盘螺栓与气流间的相互作用减弱，减小了带动篦齿盘螺栓搅拌气体所浪费的轴功，同时减小了由于篦齿盘螺栓做功导致篦齿盘螺栓表面温度急剧增大的负面影响。

技术领域

本发明属于航空发动机空气系统结构优化领域，涉及一种用于减小螺栓旋转风阻，降低涡轮前温度的导向器结构。

背景技术

航空发动机现在己成为一个国家的科技水平、工业水平和军事实力的重要标志之一。目前世界上比较先进的航空发动机，其涡轮前温度一般都要高于1600℃，超过了大部分现有材料的耐温极限。提高航空燃气涡轮发动机的单位推力和循环热效率，应在充分考虑涡轮叶片的材料、冷却空气量及涡轮叶片的寿命等条件的前提下，尽可能提高涡轮前温度。为了解决高涡轮前温度与材料耐温极限间的矛盾，一方面可以通过降低冷却气体的损耗，进行合理有效的冷却来保护叶片，另一方面可以通过提高涡轮功效率，在产生同样的推力下降低涡轮前温度。

在内部空气系统的冷却过程中，来自风扇和压气机的冷却空气在流过发动机转静系盘腔内的旋转和固定表面时，会由于粘性的耗散而产生风阻。冷却气体在流动过程中与旋转螺栓相互作用，一方面消耗了旋转件的轴功，另一方面由于黏性耗散使得冷却气体的温度升高，这种现象称为风阻。转静系盘腔内突出的螺栓是风阻产生的重要原因，也是高温集中的主要区域。由于温度过高，转静系盘腔内旋转螺栓可能会超过材料自身的耐温极限，影响发动机安全；同时，转静系盘腔螺栓的风阻会造成轴功效率下降，导致涡轮效率降低，涡轮前温度升高。既不利于提高发动机推力也不利于发动机高温部件冷却，所以设计合理的新型结构降低风阻带来的不利影响对于提高发动机性能和安全性有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构，在结构设计方面，加入一种导向器结构，具体为在冷却空气通过的转静系盘腔内设置一个导向器，为板状结构，上端与封严环末端间相接。导向器与篦齿盘盘面相对的一侧底部为螺栓遮挡面，用于遮挡篦齿盘螺栓；其余为导向面，用于改变气流方向；

由此在转静系盘腔中使流过篦齿的气体经挡板发生气流转向，沿径向流动。在流动过程中，螺栓周围气流受到哥氏力作用产生较明显的周向加速，减小了气体与旋转螺栓的相对速度，使螺栓与气流间的相互作用明显减弱，极大地减小了带动螺栓搅拌气体所浪费的轴功，同时也减小了由于螺栓做功导致螺栓表面温度急剧增大的负面影响。

本发明的优点在于：

1、本发明导向器结构，可以周向加速气流，有助于减弱旋转螺栓与气体之间的相互作用，减小轴功消耗，在产生同样的单位推力下可以降低涡轮前温度，提高发动机性能；

2、本发明导向器结构，可以减小由于旋转螺栓与气体间的摩擦所产生的热量，降低冷却气流的温度，有助于对于涡轮盘及涡轮叶片的高效冷却。

3、本发明导向器结构，与原结构相比，降低风阻效果更强，涡轮前降温效果更明显，经实验验证几乎降低了70％的效果。

附图说明

图1为转静系盘腔冷却气体流动示意图。

图2为本发明导向器的结构及安装位置示意图。

图3为本发明导向器适应平面篦齿盘盘面时结构示意图；

图4为本发明导向器适应曲面篦齿盘盘面时结构示意图；

图5为本发明导向器可拆分结构设计示意图。

图中：