一种变结构涡轴发动机进气系统技术方案

本发明专利技术公开了一种涡轴发动机进气系统。该进气系统包括中心体组件、劈尖组件和机匣组件。通过在中心体组件中嵌入一柔性可变形的环形气室，同时设计一个可轴向移动的劈尖，根据发动机工作环境及工作状态对气室的型面以及劈尖的轴向位置进行调节。当直升机工作于尘砂等不洁净空气环境时，通过增加气室高度，劈尖位置前移，使该进气系统处于高尘砂分离效率模式；当直升机处于巡航状态时，降低气室高度，并将劈尖位置后移，使该进气系统工作于高气动效率模式。通过本发明专利技术有效解决了传统定几何进气系统无法兼顾低空高效排砂和巡航高气动性能的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种变结构涡轴发动机进气系统本专利技术专利申请为分案申请。原申请的专利技术创造名称为：一种涡轴发动机进气装置及操作方法；申请日为：2016年11月09日；申请号为201610985841.1。
本专利技术涉及航空发动机设计领域，尤其是涡轴发动机进气系统。
技术介绍
我国是世界上沙漠面积最大的国家之一，沙漠呈一条弧形带绵亘于西北、华北和东北的土地上，这一弧形沙漠带南北宽600km，东西长4000km，再加上藏北高原的荒漠地区，沙漠面积达149万平方公里，占国土面积的15.5％。由于直升机起降便捷，对机场环境要求相对较低，而且可以空中悬停，特别适合上述环境中军民用救援、补给、灭火等工作，然而沙漠化地区的尘砂环境对直升机及其动力系统(涡轴发动机)的工作效率和使用寿命均带来了极大的危害。吸入的尘砂撞击高速旋转的发动机工作叶片，大颗粒的砂石甚至可以直接打坏叶片，小颗粒的尘砂则会对叶片的型面形成磨蚀，使压气机效率降低。更为严重的是，尘砂会堵塞涡轮工作叶片中细小的冷却通道，使涡轮叶片超温甚至烧毁。一部分尘砂还会在涡轮轴的内表面沉积，使发动机振动值突增。越战期间，美国CH-54直升机在发动机入口加装简易的过滤网之后，其发动机平均翻修寿命由原来的80h提升到800h。为此，改善发动机进气系统排除异物的能力对涡轴发动机的寿命有着极为显著的积极影响，必须在我国的新一代涡轴发动机上采用。早期的工程实践中，广泛采用阻拦式过滤网作为进气系统中防砂防尘的手段，但是随着时间的推移，粘附在过滤网上的尘砂和外来物越积越多，发动机入口很容易被这些外来物堵塞，使得气流很难被吸入发动机，流动阻力也显著增加，因此过滤器需要经常进行清洗和维护，消耗的人力物力很大。后来，美国波音公司在其研制的T700发动机中创新性地设计了一种新型的进气装置，通过将流道弯曲，利用砂粒惯性大的原理将砂粒甩出流道。这种除砂的方法压力损失较小，可以连续排除尘砂，维护成本也很低。但由于其几何固定，目前仍只能在多种功能(进气、排砂)、不同工况(起飞、巡航)之间寻取折中，难以实现全工作包线的性能最优化。如果采用变结构进气装置，根据工作环境和发动机工况对进气系统的流道型面进行调节，切换至对应的工作模式，即可实现发动机的性能始终处于较优状态。波音公司提出了一种变结构涡轴发动机进气系统的设计概念，在中心体的鼓包处通过记忆合金和蜗杆来实现鼓包的变形，从而适应不同的工作环境。这种想法构思巧妙，但是实现的难度却很大，蜗杆装置的安装给系统结构增添了很大的复杂性，同时存在周向不均匀性和密封问题，而且目前记忆合金的研究仍然没有达到要求的水平，因此，这个设想的工程应用难度极大。因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种涡轴发动机进气装置。能够兼顾排出尘砂能力及进气性能，使该进气系统始终处于高效运行状态。为达到上述目的，本专利技术可采用如下技术方案：一种涡轴发动机进气装置，包括中心体组件、劈尖组件以及机匣组件；所述中心体组件包括环形气室、自环形气室向前延伸的中心体前段、自环形气室向后延伸的中心体后段；所述机匣组件包括围绕中心体组件的外筒及位于外筒前沿的唇口段；所述劈尖组件包括围绕中心体后段设置的劈尖内筒、围绕劈尖内筒的劈尖外筒、位于劈尖内筒及劈尖外筒之间的劈尖、驱动劈尖向环形气室方向前进或者后退远离环形气室的驱动装置；所述环形气室的直径大于中心体前段及中心体后段的直径；所述中心体组件与外筒之间形成第一流道；所述劈尖组件与中心体后段之间形成与第一流道连通的第二流道。有益效果：相对于现有技术，本专利技术涡轴发动机进气装置加入了可变形的环形气室和可轴向移动的劈尖组件。通过对气室进行充放气调整柔性外壳的高度，通过作动机构调节可移动舌形劈尖的轴向位置，从而使此进气系统的流道匹配当地工作环境。当飞行器，如直升机工作于不洁净含尘砂的环境时，通过增加环形气室的高度，并驱动舌形劈尖前移，使第一流道、第二流道内的弯曲程度变大且弯曲的部分增多，利用砂粒惯性大的原理将砂粒甩出流道；当直升机在清洁跑道起降及高速巡航时，减小柔性外壳高度，并驱动舌形劈尖位置后移，使第一流道、第二流道内的弯曲程度变小、弯曲部分变少而形成通畅的流道环境，以提高该进气装置的气动效率。本专利技术还提供了上述涡轴发动机进气装置的操作方法的技术方案，具体为：包括尘砂分离效率模式及高气动效率模式；当该涡轴发动机进气装置处于尘砂分离效率模式时，劈尖向环形气室方向前进使劈尖与环形气室之间的第二流道部分变窄；并且环形气室充气并向外膨胀，使环形气室与外壳之间的第一流道部分变窄；当该涡轴发动机进气装置处于高气动效率模式时，劈尖后退远离环形气室使劈尖与环形气室之间的第二流道部分变宽；并且环形气室放气并向内收缩，使环形气室与外壳之间的第一流道部分变宽。而进一步的，本专利技术提供的涡轴发动机进气装置还可采用以下技术方案：一种变结构涡轴发动机进气系统，包括中心体组件、劈尖组件以及机匣组件；所述中心体组件包括环形气室、自环形气室向前延伸的中心体前段、自环形气室向后延伸的中心体后段；所述机匣组件包括围绕中心体组件的外筒；所述劈尖组件包括劈尖、驱动劈尖向环形气室方向前进或者后退远离环形气室的驱动装置；所述环形气室的直径大于中心体前段及中心体后段的直径；所述中心体组件与外筒之间形成第一流道，该第一流道包括在中心体前段与外筒之间形成的第一流道前部分、环形气室与外筒之间形成的第一流道中部分；所述劈尖组件与中心体后段之间形成与第一流道连通的第二流道；所述第一流道前部分的与第一流道中部分之间形成弯曲段，且第一流道中部分同样是弯曲的并连通至第二流道；所述第二流道的前部分形成喇叭口形且第二流道后部分形成筒形。该第二种技术方案的涡轴发动机进气系统解决的技术问题及实现的有益效果与第一中技术方案相同，同样是通过增加环形气室的高度，并驱动舌形劈尖前移，使第一流道、第二流道内的弯曲程度变大且弯曲的部分增多，利用砂粒惯性大的原理将砂粒甩出流道；当直升机在清洁跑道起降及高速巡航时，减小柔性外壳高度，并驱动舌形劈尖位置后移，使第一流道、第二流道内的弯曲程度变小、弯曲部分变少而形成通畅的流道环境，以提高该进气装置的气动效率。附图说明图1是本专利技术中涡轴发动机进气装置的剖视示意图。图2是环形气室剖视以及充放气装置示意图。图3是劈尖组件封严装置及工作原理剖视示意图。具体实施方式请参阅图1所示，本专利技术公开了一种涡轴发动机进气装置，包括中心体组件、劈尖组件以及机匣组件。机匣组件作为整体进气装置的外壳，包括围绕中心体组件的外筒13及位于外筒13前沿的双纽线唇口段12。所述中心体组件包括前整流罩1、环形气室3、自环形气室向前延伸的中心体前段4、自环形气室向后延伸的中心体后段5、连接并固定外筒13与中心体前段4的前支撑段2、、连接并固定外筒13与中心体后段5的后支撑段6、压力监测器7。其中，环形气室3采用整体式构架，以金属结构为框架，利用中心体前段4和中心体后段5对环形气室3进行定心定位。所述劈尖组件包括劈尖内筒8、劈尖外筒9、可前后移动的劈尖10、驱动劈尖10向环形气室3方向前进或者后退远离环形气室3的驱动装置11。所述驱动装置11可采用液压传动装置或者直线步进电机等。所述驱动装置11中包括位置反馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变结构涡轴发动机进气系统，其特征在于：包括中心体组件、劈尖组件以及机匣组件；所述中心体组件包括环形气室(3)、自环形气室(3)向前延伸的中心体前段(4)、自环形气室(3)向后延伸的中心体后段(5)；所述机匣组件包括围绕中心体组件的外筒(13)；所述劈尖组件包括劈尖(10)、驱动劈尖(10)向环形气室(3)方向前进或者后退远离环形气室的驱动装置(11)；所述环形气室(3)的直径大于中心体前段(4)及中心体后段(5)的直径；所述中心体组件与外筒(13)之间形成第一流道(31)，该第一流道(31)包括在中心体前段(4)与外筒(13)之间形成的第一流道前部分、环形气室(3)与外筒(13)之间形成的第一流道中部分；所述劈尖组件与中心体后段(5)之间形成与第一流道连通的第二流道(32)；所述第一流道前部分的与第一流道中部分之间形成弯曲段，且第一流道中部分同样是弯曲的并连通至第二流道(32)；所述第二流道的前部分形成喇叭口形且第二流道后部分形成筒形。

【技术特征摘要】
1.一种变结构涡轴发动机进气系统，其特征在于：包括中心体组件、劈尖组件以及机匣组件；所述中心体组件包括环形气室(3)、自环形气室(3)向前延伸的中心体前段(4)、自环形气室(3)向后延伸的中心体后段(5)；所述机匣组件包括围绕中心体组件的外筒(13)；所述劈尖组件包括劈尖(10)、驱动劈尖(10)向环形气室(3)方向前进或者后退远离环形气室的驱动装置(11)；所述环形气室(3)的直径大于中心体前段(4)及中心体后段(5)的直径；所述中心体组件与外筒(13)之间形成第一流道(31)，该第一流道(31)包括在中心体前段(4)与外筒(13)之间形成的第一流道前部分、环形气室(3)与外筒(13)之间形成的第一流道中部分；所述劈尖组件与中心体后段(5)之间形成与第一流道连通的第二流道(32)；所述第一流道前部分的与第一流道中部分之间形成弯曲段，且第一流道中部分同样是弯曲的并连通至第二流道(32)；所述第二流道的前部分形成喇叭口形且第二流道后部分形成筒形。2.根据权利要求1所述的涡轴发动机进气系统，其特征在于：劈尖(10)向环形气室(3)方向前进使劈尖(10)与环形气室(3)之间的第二流道部分变窄；并且环形气室(3)充气并向外膨胀，使环形气室(3)与外壳(13)之间的第一流道部分变窄；劈尖(10)后退远离环形气室(3)使劈尖(10)与环形气室(3)之间的第二流道部分变宽；并且环形气室(3)放气并向内收缩，使环形气室(3)与外壳(13)之间的第一流道部分变宽。3.根据权利要求2所述的涡轴发动机进气系统，其特征在于：所述劈尖(10)的前端始终...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭慧俊，凌棫，陈昊，黄河峡，张悦，孙姝，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32