进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器制造技术

本发明专利技术涉及进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器。该发生器包括一个开有不对称分布的月牙斜槽处理环，以及数个用于改变月牙槽前伸量的调距环。该处理环包括开有处理槽的激励区和无处理槽的实壁区。该进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器的设计考虑到飞机大迎角飞行工况下进气道出口畸变流场不对称性和非定常性，对压气机转子的叶尖流场实施不对称非定常激励，以不对称来耦合不对称，减小压气机分离旋涡强度和尺度，在拓宽压气机稳定工作范围、提升压气机压升基础上，压气机气动效率不但不下降，反而有所提高（提高约１个百分点），从而全面改善压气机综合气动性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型的迸口严重畸变下不对称机匣非定常发生器针对畸变流场 不对称性和非定常性，利用该不对称机匣非定常发生器实施不对称非定常激励，以不 对称来耦合不对称，在大幅度拓宽压气机稳定工作范围、提升压气机压升的同时，显 著改善压气机气动效率，明显提高飞机的最大许用飞行迎角。
技术介绍
作为飞机的"心脏"，发动机是战斗机作战性能的关键因素。当发动机安装在飞 机上时，飞机、进气道和发动机的匹配性能可能远远偏离各自设计性能。进气道复杂 结构、飞机加速、机动、起降以及来流大气环境变换，都将导致进气道出口流场畸变， 畸变不对称场严重降低了压气机气动性能，特别是大幅度降低了压气机稳定工作范 围，有可能促使发动机出现气动不稳定，其表现形式为发动机压气机失速、喘振、叶 片颤振、耦合振动、转子强迫振动及涡轮部件超温，严重可能导致空中熄木或空中停 车，甚至结构损坏，出现机毁人亡的灾难性后果。为了提升飞机机动灵敏性，提升战斗机作战性能，国内外学者从主动扩稳技术 和被动扩稳技术出发，探索了多种改善压气机稳定性的技术措施，如可调进口导叶、 可调静子叶片、级间放气、多转子、抽吸气、吹气和处理机匣等，取得了较好的扩稳 效果。所有扩稳措施中，处理机匣以其结构简单、实施方面、显著的扩稳能力和抗畸 变能力而备受国内外研究者的青睐，处理机匣技术已经在新型航空发动机中得到了实 际有效的应用，JT-9D发动机的风扇外机匿、CF-6发动机和前苏联米-23飞机上用 的P-29发动机上都采用了这种技术。国内外学者发展了多种处理机匣结构型式，对处理机匣几何形状和几何尺寸等参 数进行了大量研究，以获得满意的处理机匣扩稳效果，并对处理机匣扩稳流动机理进 行了大量分析。到目前为止，已有研究结果显示，各种几何形状和尺寸的处理机匣在扩大压气机稳定裕度的同时，都会不同程度地降低压气机气动效率。近四十年的研究虽然揭示了一些影响处理机匣扩稳效果的流动因素，却没有完 全揭示处理机匣扩稳流动机理，处理机匣技术依然停留在定常、经验阶段。压气机气 动效率下降成为传统处理机匣扩稳技术最致命的缺点，限制了处理机匣获得更广泛的应用。因此，现有处理机匣技术研究目标是保证较高稳定裕度增量的同时，获得较优 的、甚至改善的压气机气动效率。传统处理机匣存在两个主要缺陷 一方面，处理机匣与压气机转子存在相对运动， 带处理机匣的压气机流场具有强烈的非定常性，处理机匣非定常分量与压气机非定常 分离流相互作用势必影响处理机匣扩稳功能，传统处理机匣没有考虑处理机匣/压气机转子非定常相互作用；另一方面，畸变不对称来流条件下，压气机在不同周向位置工作在不同气动负荷工况下，压气机分离绕流流场严重不对称，传统处理机匣处理 槽为全周均匀分布，没有考虑进气畸变流场不对称性。基于以上两点，传统处理机匣不能获得较为满意的扩稳效果即在拓展压气机稳定工作范围的基础上，降低了压气 机气动效率。专利技术 内 容针对上述现有处理机匣技术存在的缺点，本专利技术描述了进口严重畸变下不对称机 匣非定常发生器，该发生器包括一个开有不对称分布月牙斜槽的处理环。 数个用于调节月牙斜，曹处理机匣前伸量的调距环。该进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器所述的处理槽结构型式为月牙斜槽 结构，通过我们大量实验研究，月牙斜槽是现有最佳处理结构型式之一。针对畸变流 场结构不对称性，将处理机匣分成激励区和无激励区，其中激励区存在处理槽，对畸 变区和过渡区分离绕流流场实施非定常激励；无激励区为实壁机匣部分。因此，根据 畸变流场不对称性(畸变区数目和畸变区周向范围)，可将处理机匣分为一个或多个 激励区，激励区之间为实壁区。本专利技术所述的进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器置于压气机转子叶片尖 部的上方，利用数个调距环调节月牙斜槽处理机匣前伸量，其前伸量为转子叶片轴向 弦长的30% 70%。该不对称机匣非定常发生器在设计的过程中考虑到了轴流压气机内部流场的非定常性，特别针对畸变不对称流场设计开有不对称分布的月牙斜槽处 理环。这种结构能够对轴流压气机叶尖分离流场产生明显的不对称非定常激励，使得 流场变得更为有序，压气机气动效率有所提高，稳定工作裕度和压升有明显增加，因 而将之称为进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器，以区别于传统处理机匣。本专利技术所述的进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器能够取得比传统处理机 匣更好的扩稳效果，除了能显著提高轴流压气机的稳定裕度之外，还能提高压气机气 动效率约l个百分点。附图说明图l为一种新型的月牙斜槽结构处理机匣示意图，其中，(a)为S2流面剖视图， (b)为S3流面剖视图，(c)为Sl流面剖视图2为月牙斜槽结构处理机匣轴向剖视图，其中，l为月牙凹槽，2为调距环， 3为转子叶片；图3为本专利技术所述的进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器S3流面剖视图， 此时为进口畸变流场存在一个畸变区，(a)为畸变来流的总压分布，(b)中，1为月牙 凹槽，2为槽肋，3为实壁机匣；图4为进口畸变流场存在一个畸变区时，利用进口严重畸变下不对称机匣非定常 发生器改善压气机气动性能和稳定性实施例，压气机效率特性图5为进口畸变流场存在一个畸变区时，利用进口严重畸变下不对称机匣非定常 发生器改善压气机气动性能和稳定性实施例，压气机总压升特性具体实施例方式为更清楚描述本专利技术，下面结合附图对本专利技术所述的进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器典型实施例进行说明。图2为本专利技术所述的进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器轴向剖视图。此 不对称机匣非定常发生器由一个处理环和数个调距环组成。处理环在压气机转子叶片 的上方，利用数个调距环调节月牙斜槽处理机匣前伸量。利用处理机匣改善压气机气动性能时，通过调整调距环的轴向长度，处理环沿轴 向往前或往后移动，从而调节处理机匣前伸量或搭接量。图3为本专利技术所述的进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器的典型实例的处 理环的S3流面剖视图，此时，畸变来流流场仅仅存在一个畸变低压区，畸变区周向 范围/ = 200°。处理环由一个激励区和一个实壁区组成。激励区所对应的扇形角 "=240°,周向跨越了畸变低压区周向范围r，并在过渡区实施一定的范围的非定常 激励，其中a,-l(T和A:3(T。激励区内开有2n/3个处理槽，全周处理槽数n由处理机匣/压气机转子非定常相互作用确定，此处理槽的结构形式为如图1所示的新型 月牙斜槽结构。实壁区范围内的处理环内壁为光壁，没有开任何形式的处理槽，所对 应的扇形角A = 120° 。这个实施例所述的激励区和实壁区的周向范围之比"/- = 2。利用这种典型实施例进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器改善压气机气动 性能和稳定性，考虑畸变来流条件下压气机分离绕流流场不对称性，激励区内的处理 槽可为深浅不均匀、宽度不均匀的处理槽，以在不同区域实施不同强度的非定常激励。由上述这种典型实施例的进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器可知，本专利技术 所述的进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器相对于传统的处理机匣，最主要的特 征在于针对畸变流场不对称结构，处理环上开有不对称分布的处理槽，并且处理槽数 目、搭接量、前伸量、槽深等几何参数均依据非定常耦合流型理论，在深入分析压气 机分离绕流流场时空结构，充分考虑处理机匣非定常分量与本文档来自技高网...

【技术保护点】
进口严重畸变下不对称机匣非定常发生器，该发生器包括：一个开有不对称分布的处理槽的处理环。数个用于调节月牙斜槽处理机匣前伸量的调距环。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆亚钧，李秋实，蒋华兵，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]