一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子的制作方法
【專利摘要】本發明為一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子，包括機匣、靜子葉片、輪轂，其特征在于，還包括離體小葉片，所述離體小葉片為雙圓弧葉型直葉片，位于靜子葉片和靜子葉片之間，且離體小葉片和靜子葉片不接觸；離體小葉片葉根與輪轂固連，離體小葉片葉根的安裝角不大于靜子葉片葉根的安裝角。本發明抑制了靜子葉片通道中的角區分離，并且離體小葉片葉頂前緣產生的誘導渦結構與靜子葉片的分離流體相互作用，使分離流體更加貼近葉背流動，抑制了流動分離的進一步發展。因此擴大了壓氣機流道的有效流通面積，提高壓氣機的流量裕度。比起靜子串列葉柵技術，無需改型設計，本發明安裝方便，節省工業制造成本。
【專利說明】
一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子
技術領域
[0001] 本發明涉及葉輪機械的流動控制領域，具體涉及一種輪轂角區帶離體小葉片的軸 流壓氣機靜子。
【背景技術】
[0002] 對于現代航空發動機，通常要求其風扇和進口級壓氣機能在各種復雜流場下穩定 工作。然而當壓氣機工作在惡劣的非設計工況，在流道逆壓梯度的作用下，壓氣機靜子葉片 輪轂角區容易發生角區分離現象。一旦流動分離擴大，分離流體堵塞壓氣機流道，使壓氣機 進入旋轉失速、喘振等非穩定工況，壓氣機性能急劇惡化，嚴重影響發動機的正常工作。對 于高負荷靜子葉片擴壓程度大，流動易分離的特點，文獻"魏巍，劉波等，高負荷小型壓氣機 大彎角串列靜子特性[J].航空動力學報.2013.28(5): 1067-1073"提供了一種流動分離控 制的技術，文獻對一臺小型渦軸發動機的軸流部分一大彎角靜子葉片進行了串列改型研 究，采用串列靜子有效減弱了原來靜子的氣流分離，提高了壓比和效率。文獻中為了改進壓 氣機靜子性能，需重新設計一套串列靜子葉片，替換原來的靜子葉片，勢必造成工作量大， 并增大工業制造成本。

【發明內容】

[0003] 本發明需要解決的技術問題是:為了避免現有串列葉柵技術的不足之處，本發明 提出了一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子，即在壓氣機靜子葉片前緣的輪轂角 區，安裝一離體小葉片，離體小葉片靠近靜子葉片吸力面，整體尺寸比靜子葉片低1-2個數 量級。利用離體小葉片對靜子通道的分離流體進行流動控制。一方面，氣流在離體小葉片和 靜子葉片中加速流過，吹除靜子葉片后緣的分離流體，另一方面，離體小葉片的葉頂誘導出 螺旋流動，這種渦運動抑制了靜子葉片通道中角區分離的發展。提高壓氣機的穩定工作范 圍。該技術簡單易行，只需在原有的靜子葉片輪轂角區前緣安裝一離體小葉片。避免了像串 列葉柵流動控制技術需要重新設計一套葉型的麻煩。
[0004] 本發明的技術方案是:一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子，包括機匣 4、靜子葉片1、輪轂3,還包括離體小葉片2,所述離體小葉片2為雙圓弧葉型直葉片，位于靜 子葉片1和靜子葉片1之間，且離體小葉片2和靜子葉片1不接觸;離體小葉片2葉根與輪轂3 固連，離體小葉片葉根的安裝角不大于靜子葉片葉根的安裝角。
[0005] 本發明進一步的技術方案是:沿輪轂3軸線方向，所述離體小葉片2與靜子葉片1前 緣的距離為5%-15%的葉根軸向弦長;沿輪轂3周向方向，離體小葉片2與靜子葉片1吸力面 的距離為5%_10%的葉根軸向弦長。
[0006] 本發明進一步的技術方案是:所述離體小葉片2的葉型彎角為30°-60°
[0007] 本發明進一步的技術方案是：所述離體小葉片的葉高為靜子葉片葉高的40 % -60%。尚體小葉片葉根弦長為靜子葉片葉根弦長的5%_10%。
[0008] 發明效果
[0009] 本發明的技術效果在于:相對于設計工況，在小流量工況下，靜子輪轂角區發生輪 轂角區分離現象，安裝于靜子葉片輪轂角區前緣的離體小葉片引導氣流發生偏轉，并加速 流動，抑制了靜子葉片通道中的角區分離，并且離體小葉片葉頂前緣產生的誘導渦結構與 靜子葉片的分離流體相互作用，使分離流體更加貼近葉背流動，抑制了流動分離的進一步 發展。因此擴大了壓氣機流道的有效流通面積，提高壓氣機的流量裕度。比起靜子串列葉柵 技術，無需改型設計，本發明安裝方便，節省工業制造成本。在亞音速軸流壓氣機級上開展 了離體小葉片抑制壓氣機靜子葉片輪轂角區流動分離的研究。研究結果表明，未安裝離體 小葉片的單級壓氣機流量裕度為12.26%，在靜子葉片設置離體小葉片獲得的流量裕度為 15.49%，流量裕度改進量為3.23%。發明的離體小葉片流動控制技術增大了壓氣機級的穩 定工作范圍。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明的離體小葉片流動控制技術應用在壓氣機靜子葉片的單通道示意 圖；
[0011] 圖2是在靜子葉片葉根截面的離體小葉片和靜子葉片輪廓結構示意圖；
[0012] 圖3為大氣壓為105500Pa背壓下安裝離體小葉片前后軸流壓氣機靜子10%葉高截 面氣流流線分布對比；
[0013]附圖標記說明：1 一靜子葉片；2 -尚體小葉片；3-輪轂;4一機匣；5-靜子葉片前 緣;6-靜子葉片尾緣;7-吸力面;8-壓力面。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合具體實施實例，對本發明技術方案進一步說明。
[0015] 1、參見圖1-圖3,包括軸流壓氣機靜子葉片，軸流壓氣機輪轂、機匣和離體小葉片， 其特點是離體小葉片安裝于靜子通道內的每兩個靜子葉片之間。沿輪轂軸線方向，離體小 葉片與靜子葉片前緣的距離為5%_15%的葉根軸向弦長，軸向弦長是是葉片弦長在旋轉軸 方向的投影。沿輪轂周向方向，離體小葉片與靜子葉片吸力面的距離為5%_10%的葉根軸 向弦長，尚體小葉片葉根與靜子輪轂連接。
[0016] 離體小葉片為一雙圓弧葉型的直葉片，葉高為靜子葉片葉高的40 %-60 %。離體小 葉片弦長為靜子葉片葉根弦長的5%_10%，安裝角不大于靜子葉片葉根的安裝角。
[0017] 1)本發明研究對象的壓氣機機匣4半徑為0.1466m，輪轂3半徑0.091m，靜子葉片數 目為44。
[0018] 2)在輪轂3上安裝離體小葉片2,離體小葉片2的葉根和輪轂3相連。離體小葉片）2 為直葉片，從葉根到葉頂徑向跨度占靜子葉片1徑向長度的40%，即葉片高度為靜子葉片1 尚度的40%。尚體小葉片2的葉根弦長為靜子葉片1葉根弦長的5%。
[0019] 3)離體小葉片2采用的葉型為雙圓弧葉型，葉型的最大相對厚度為0.17_。葉型彎 角為50°。
[0020] 4)軸向位置離體小葉片2葉根加裝于靜子葉片1葉根前緣10%軸向弦長處的輪轂3 上，葉型安裝角為26°，周向位置離體小葉片2葉根前緣距靜子葉片吸力面7的距離為7.4% 的靜子葉根軸向弦長。需要說明的是，葉型的安裝角即為葉型的弦線和軸向的夾角，壓氣機 中默認葉高的方向為徑向，旋轉方向為周向，旋轉軸為軸向。
[0021] 5)離體小葉片2的徑向長度遠大于弦向長度，即葉片高度遠大于葉片弦長，但不是 受力部件。流體從靜子葉片1的吸力面7和壓力面8形成的通道流過，在靜子葉片前緣5附近 被離體小葉片2分成兩部分，一小部分流體從離體小葉片2和靜子葉片1的吸力面7之間的通 道流過，氣流經過加速，抑制靜子葉片尾緣6附近發生的輪轂角區失速，從而緩解了低能流 體堆積，有效的擴大了靜子葉片1輪轂角區的流通面積。
[0022] 在單級軸流壓氣機上開展了靜子離體小葉片流動控制的CFD數值仿真研究，得到 離體小葉片抑制流動分離后單級軸流壓氣機性能變化前后的數據。
[0023]表1安裝離體小葉片前后的單級壓氣機性能對比
[0024]
[0025]
[0026] 研究結果表明在軸流壓氣機靜子葉片設置離體小葉片能有效地抑制流動分離，擴 大了壓氣機的穩定工作范圍，由圖3可清楚的看出，原始的靜子葉片通道內流體發生了分 離，而安裝離體小葉片后，氣流分離得到抑制。參照表1可以直觀的看出。失穩點流量從 2.826Kg/s降低到2.722Kg/s。未安裝離體小葉片的壓氣機級的流量裕度為12.26%，設置離 體小葉片后獲得的流量裕度為15.49%，流量裕度改進量為3.23%。并且，壓氣機級的壓比 并未明顯下降。發明的離體小葉片擴穩技術使壓氣機穩定工作能力有了較大的提高。
【主權項】
1. 一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子，包括機匣（4)、靜子葉片（1)、輪轂 (3)，其特征在于，還包括離體小葉片(2)，所述離體小葉片(2)為雙圓弧葉型直葉片，位于靜 子葉片（1)和靜子葉片（1)之間，且離體小葉片(2)和靜子葉片（1)不接觸;離體小葉片(2)葉 根與輪轂(3)固連，離體小葉片葉根的安裝角不大于靜子葉片葉根的安裝角。2. 如權利要求1所述的一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子，其特征在于，沿 輪轂(3)軸線方向，所述離體小葉片(2)與靜子葉片（1)前緣的距離為5%-15%的葉根軸向 弦長;沿輪轂(3)周向方向，離體小葉片(2)與靜子葉片（1)吸力面的距離為5%-10%的葉根 軸向弦長。3. 如權利要求1所述的一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子，其特征在于，所 述離體小葉片(2)的葉型彎角為30°-60°。4. 如權利要求1或3所述的一種輪轂角區帶離體小葉片的軸流壓氣機靜子，其特征在 于，所述離體小葉片的葉高為靜子葉片葉高的40%_60%。離體小葉片葉根弦長為靜子葉片 葉根弦長的5 %-10 %。
【文檔編號】F04D29/54GK105864105SQ201610259830
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】吳艷輝, 劉軍, 陳智洋, 安光耀, 彭文輝, 楊國偉
【申請人】西北工業大學