适用于涡轴发动机的反旋叶片式减涡引气结构

摘要

本发明公开了适用于涡轴发动机的反旋叶片式减涡引气结构，包括轴流压气机盘和离心叶轮盘，所述轴流压气机盘与离心叶轮盘的内侧设置有反旋叶片减涡器，所述反旋叶片减涡器经螺钉连接在离心叶轮盘上，所述轴流压气机盘与离心叶轮盘之间沿周向形成一圈不节流的引气槽，所述反旋叶片减涡器沿周向开设有与引气槽相适配的叶片式引气通道，所述反旋叶片减涡器的底部设置有支撑板，所述支撑板的另一端耦合在离心叶轮盘的内侧，本发明中的反旋叶片减涡器采用一体铸造，结构简单轻便，由于减涡通道内采用环形叶栅导流形式，大幅减小了减涡通道这部分区域的重量，与同尺寸引气盘式减涡器相比，重量降低约50％。

说明书

技术领域

本发明属于涡轴发动机技术领域，具体是适用于涡轴发动机的反旋叶片式减涡引气结构。

背景技术

在中小型航空发动机设计中，为降低成本常采用结构紧凑设计，同时由于发动机半径较低，从末级轴流压气机根部引气具有合适压力和温度，一般不采取减涡措施或采取引气盘式减涡结构。

常规轴流压气机内引气结构如图1所示，即图1是不带减涡器的引气结构，空气系统引气沿径向向内通过两侧均为旋转壁面的盘腔，然后进入下游零部件进行冷却。

航空式涡轴发动机常用的引气盘减涡器引气结构如图2和图3所示，从主流道引一股冷空气，通过引气孔进入引气盘减涡器，引气盘减涡器与压气机转盘连接在一起，冷气通过减涡器后用于下游零部件的冷却。

无减涡结构的压气机引气设计，气流被压气机转盘带动旋转，转盘对气流摩擦做功，导致气流产生很大的周向速度，同时在径向内流科氏力作用下加速旋转，沿径向产生很大的压降，这种不带减涡结构的引气设计，不仅造成发动机功率损耗，并且冷气流出口压力低，旋流系数和风阻温升高。

引气盘减涡器引气速度三角形如图4所示。

下标0：靠近减涡管入口截面主流参数；

下标1：表示减涡管入口截面参数；

下标2：表示减涡管出口截面参数；

(C：绝对速度；U：旋转坐标系牵连速度；W：相对速度)

引气盘式减涡器随压气机盘一起旋转，因此减涡管中的相对速度W都是垂直向下的，主流引气W0到减涡管入口内W1，气流急剧拐弯，局部存在很大的压力损失，根据矢量的合成定律，气流在引气盘式减涡器内绝对速度C的切向分量都较大，即较高的旋流系数，造成较大的径向压降。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于涡轴发动机的反旋叶片式减涡引气结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

适用于涡轴发动机的反旋叶片式减涡引气结构，包括轴流压气机盘和离心叶轮盘，所述轴流压气机盘与离心叶轮盘的内侧设置有反旋叶片减涡器，所述反旋叶片减涡器经螺钉连接在离心叶轮盘上，所述轴流压气机盘与离心叶轮盘之间沿周向形成一圈不节流的引气槽，所述反旋叶片减涡器沿周向开设有与引气槽相适配的叶片式引气通道。

作为本发明再进一步的方案：所述反旋叶片减涡器与离心叶轮盘通过两个螺钉紧固连接，两个所述螺钉在离心叶轮盘上沿周向对称设置。

作为本发明再进一步的方案：所述反旋叶片减涡器的底部设置有支撑板，所述支撑板的另一端耦合在离心叶轮盘的内侧。

作为本发明再进一步的方案：所述轴流压气机盘和离心叶轮盘之间通过花键连接传递扭矩，且两者之间的空槽缝隙为0.5mm。

作为本发明再进一步的方案：所述离心叶轮盘与轴流压气机盘相连接的槽面上周向开设有直径为5mm的半圆。

作为本发明再进一步的方案：所述反旋叶片减涡器呈环形阵列设置有若干个叶片，所述反旋叶片减涡器的进口叶片角与经引气槽引入的主流空气的进口相对气流角WO保持一致。

作为本发明再进一步的方案：所述反旋叶片减涡器出口叶片角与内切圆切线呈35°夹角，方向与离心叶轮盘旋转方向相反。

作为本发明再进一步的方案：所述反旋叶片减涡器的叶片数量为12，所述反旋叶片减涡器内流道轴向长度6-13mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中的反旋叶片减涡器采用一体铸造，结构简单轻便，由于减涡通道内采用环形叶栅导流形式，大幅减小了减涡通道这部分区域的重量，与同尺寸引气盘式减涡器相比，重量降低约50％；

2、本发明中的叶片式去旋减涡引气结构与引气盘式减涡器相比，叶片式旋减涡结构将引气出口静压系数(当地静压/进口静压)从0.7增加到0.85～0.9，更好地保证了冷却流路下游元件的供气压力，并且轴向长度6mm的减涡器方案，引气气流做功增加了30％，并降低了出口旋流系数至0.2，轴向长度12mm方案，引气出口静压系数达0.9。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为现有技术中无减涡引气结构的结构示意图。

图2为现有技术中引气盘减涡器引气结构的结构示意图。

图3为现有技术中引气盘减涡器三维结构剖面的结构示意图。

图4为现有技术中引气盘减涡器进出口速度三角形的结构示意图。

图5为本发明中反旋叶片减涡器二位截面图的结构示意图。

图6为本发明中引气槽的结构示意图。

图7为本发明中反旋叶片减涡器剖面图和进出口速度三角形的结构示意图。

图8为本发明中反旋叶片减涡器出口叶片角定义的结构示意图。

图9为本发明中反旋叶片减涡器内流道轴向长度的结构示意图。

图10为本发明中引气盘减涡器静压系数的结构示意图。

图11为本发明中引气盘减涡器旋流系数的结构示意图。

图12为本发明中(叶片为12片，出口叶片角35°，轴向长度6mm)的静压系数分布的结构示意图。

图13为本发明中(叶片为12片，出口叶片角35°，轴向长度6mm)的旋流系数分布的结构示意图。

图14为本发明中(叶片为12片，出口叶片角35°，轴向长度9mm)的静压系数分布的结构示意图。

图15为本发明中(叶片为12片，出口叶片角35°，轴向长度9mm)的速度矢量分布的结构示意图。

图中：1、轴流压气机盘；2、离心叶轮盘；3、反旋叶片减涡器；4、螺钉；5、引气槽；6、引气通道；7、支撑板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图5-6，本发明实施例中，适用于涡轴发动机的反旋叶片式减涡引气结构，包括轴流压气机盘1和离心叶轮盘2，所述轴流压气机盘1与离心叶轮盘2的内侧设置有反旋叶片减涡器3，所述反旋叶片减涡器3经螺钉4连接在离心叶轮盘2上，所述轴流压气机盘1与离心叶轮盘2通过花键连接传递扭矩，且两者之间沿周向形成一圈不节流的引气槽5，所述反旋叶片减涡器3沿周向开设有与引气槽5相适配的引气通道6。

使用时，反旋叶片减涡器3采用一体铸造，结构简单轻便，由于减涡通道内采用环形叶栅导流形式，大幅减小了减涡通道这部分区域的重量；

反旋叶片减涡器3采用上窄下宽的盘式结构，反旋叶片减涡器3沿周向旋转时应力均匀分布，保证零件强度寿命满足要求。

参阅图5，所述反旋叶片减涡器3与离心叶轮盘2通过两个螺钉4紧固连接，两个所述螺钉4在离心叶轮盘2上沿周向对称设置。

使反旋叶片减涡器3与离心叶轮盘2的连接更加紧固。

参阅图5，所述反旋叶片减涡器3的底部设置有支撑板7，所述支撑板7的另一端耦合在离心叶轮盘2的内侧。

使用时，通过支撑板7的设置，即将支撑板7固定在离心叶轮盘2内径上，对反旋叶片减涡器3起到支撑和减振作用。

参阅图7-8，所述轴流压气机盘1和离心叶轮盘2之间通过花键传递扭矩，且两者之间的空槽缝隙为0.5mm，所述离心叶轮盘2与轴流压气机盘1相连接的槽面上周向开设有直径为5mm的半圆，所述反旋叶片减涡器3呈环形阵列设置有若干个叶片，所述反旋叶片减涡器3的进口叶片角与经引气槽5引入的主流空气的进口相对气流角WO保持一致，实现对进口气流起导流作用，以减小冷气在反旋叶片减涡器3入口前端的压力损失，所述反旋叶片减涡器3出口叶片角与内切圆切线呈35°夹角，方向与离心叶轮盘2旋转方向相反，控制旋转收缩通道中气流膨胀能力和旋流速度，使引气出口气流具备较高的压力和低旋流系数，可减小发动机功率损耗，降低冷气流入口的损失，抑制气流径向压降提高出口静压，降低出口旋流系数和温度，改善引气气流品质。

参阅图9-15，所述反旋叶片减涡器3的叶片数量为12，所述反旋叶片减涡器3内流道轴向长度6-13mm。

使用时，通过三维CFD计算评估，计算结果表明在叶片数量为12，进口角度与主流引气相对速度W0角度一致，反旋叶片减涡器出口叶片角与轴向成约35°夹角时可达到较优的去旋减涡效果，反旋叶片减涡器体积(重量)比引气盘减涡器降低约50％。

其中反旋叶片减涡器轴向长度6mm方案，冷气流输出功率较引气盘减涡器增加约30％，温度降低约5℃，出口静压系数和旋流系数分别为0.85和0.2。

反旋叶片减涡器轴向长度9mm方案，反旋叶片减涡器出口静压系数可以达到0.9，由于喉道流通面积增加，通道内叶盆位置形成了分离低压区，抑制了通道横向压差，气流处于做功和被做功临界状态，气流经过反旋叶片减涡器此时没有温降。

本发明反旋叶片式减涡器重量和引气品质较引气盘减涡器均有优势，如下表所示

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。