[发明专利]一种发动机内叶片的包容机匣及设计方法

权利要求书

1.一种发动机内叶片的包容机匣，包括具有横截面为圆环状的机匣本体及部分包围机匣本体的包容结构，所述包容结构轴向长度大于叶片旋转面的长度，其特征在于，所述包容结构长度的中线与叶片的叶弦中点在轴向上相距偏移量S，所述偏移量S等于断裂叶片在气动轴向力作用下产生的轴向位移S₀。

2.根据权利要求1所述的包容机匣，其特征在于，所述断裂叶片在气动轴向力作用下产生的轴向位移S₀的计算公式为：

其中，a为断裂叶片在气动轴向力作用下的轴向加速度，t为断裂叶片飞脱至撞击机匣的飞行时间。

3.根据权利要求2所述的包容机匣，其特征在于，所述轴向加速度a的计算公式：

其中，F为断裂叶片所在级的气动轴向力，k为该级叶轮的叶片数目，m为断裂叶片的质量。

4.根据权利要求2所述的包容机匣，其特征在于，所述断裂叶片飞脱至撞击机匣的飞行时间t，根据根据迭代计算公式Δd＝L(1-cosα)/sinα求得，其中，Δd为断裂叶片的叶尖与机匣的径向间隙，L为断裂叶片飞脱时的平动位移，L＝vt，v为断裂叶片飞脱时的平动速度，α为断裂叶片飞脱时的转动角度，α＝ωt，ω为断裂叶片飞脱时绕着自身质心旋转的角速度。

5.根据权利要求4所述的包容机匣，其特征在于，所述断裂叶片飞脱时的平动速度v的计算公式为：

v＝ω₀r

其中，ω₀为转子的最高转速，r为断裂叶片质心到叶轮盘心的距离。

6.一种根据权利要求1～5中任意一项所述的包容机匣的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据转子的最高转速ω₀和断裂叶片质心到叶轮盘心的距离r，通过公式v＝ω₀r求得断裂叶片的平动速度v；

(2)断裂叶片飞脱时沿着平动速度v方向运动，断裂叶片飞脱时的平动位移L＝vt；同时断裂叶片飞脱时绕着自身质心旋转以角速度ω旋转，断裂叶片飞脱时的转动角度α＝ωt，断裂叶片的叶尖与机匣的径向间隙为Δd，根据迭代计算公式Δd＝L(1-cosα)/sinα，求得断裂叶片飞脱至撞击机匣的飞行时间t；

(3)根据断裂叶片所在级的气动轴向力F、该级叶轮的叶片数目k以及断裂叶片的质量m，通过公式a＝F/mk得到断裂叶片在气动轴向力作用下的轴向加速度a；

(4)根据步骤(2)得到的断裂叶片的飞行时间t和步骤(3)得到的断裂叶片的轴向加速度a，通过公式S₀＝(1/2)at²求得断裂叶片在气动轴向力作用下产生的轴向位移S₀；

(5)根据步骤(4)得出的断裂叶片的轴向位移S₀，包容结构长度的中线与叶片的叶弦中点在轴向上相距偏移量S，偏移量S大小等于断裂叶片的轴向位移S₀大小。

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述包容机匣包括压气机机匣，压气机中叶片所受气动轴向力的方向朝向进风口，所述压气机机匣包容结构长度的中线以叶片的叶弦中点为原点向进风口方向移动偏移量S。

8.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述包容机匣包括涡轮机匣，涡轮中叶片所受气动轴向力的方向朝向出风口，所述涡轮机匣包容结构长度的中线以叶片的叶弦中点为原点向出风口方向移动偏移量S。