一种基于可变增压级的涵道比超宽可调涡扇发动机结构制造技术

本发明专利技术提供了一种基于可变增压级的涵道比超宽可调双轴涡扇发动机结构，针对现有双轴涡扇发动机中增压级与风扇同轴同转速，随着平台的巡航高度越来越高，增压级由于特征速度低、尺寸小，造成增压级的特征雷诺数不断降低，引起增压级附面层分离，造成性能急剧衰减的缺陷和不足，通过将增压级通过一可变速比减速齿轮箱与高压轴驱动连接，当发动机处于低速巡航时，可变减速比齿轮箱设置为高减速比，使得增压级的转速相对较低，高压压气机的进口气流的总温总压相对低，发动机的涵道比相对较大；当发动机处于高速巡航时，可变减速比齿轮箱设置为低减速比，使得增压级的转速相对相对较高，高压压气机吸进的质量流量大，发动机的涵道比相对较小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可变增压级的涵道比超宽可调涡扇发动机结构
本专利技术属于航空涡扇发动机领域，涉及一种基于可变增压级的涵道比超宽可调涡扇发动机结构，具体涉及一种应用于双轴涡扇发动机中齿轮驱动增压级的气动布局结构形式，并且减速比可变。
技术介绍
高空长航时无人机用中等涵道比涡扇发动机，常在风扇后内涵流道内设置多级低压压气机(增压级)。由于增压级和风扇同轴同转速，而增压级的叶尖径向尺寸比风扇叶尖径向尺寸小很多，造成增压级的叶尖切线速度低，加工能力不足，常常用多级来实现总体要求的压比，非设计转速下增压级匹配性差。而随着平台的巡航高度越来越高，增压级由于特征速度低、尺寸小，造成增压级的特征雷诺数不断降低，极易引起增压级附面层分离，造成性能急剧衰减。以某常规布局涡扇发动机为例，如图1所示，风扇(2)、增压级(3)与低压涡轮(7)通过低压轴(4)相连接，风扇(2)和增压级(3)的功由低压涡轮(7)提供；高压压气机(5)和高压涡轮(6)通过高压轴(8)相连接，高压压气机(5)所需功由高压涡轮(6)提供；低压轴(4)和高压轴(8)均围绕一个旋转中心(1)转动。由图1中可知，增压级(3)叶尖直径约是风扇(2)叶尖直径的60％，当风扇叶尖速度受到现有材料体系的限制时(一般不超过500m/s),则增压级的叶尖切线速度也将同时被限制(低于300m/s)；而增压级的尺寸也大约是风扇尺寸的60％；当平台巡航在20km高空时，其进口气流密度也大幅度降低，约为地面状态的10％，从而造成增压级的特征雷诺数下降到105以下，远远低于自模雷诺数，雷诺数效应明显，极易造成叶片表面分离，引发压缩系统性能下降或稳定性降低，是极为危险的。同时，现在的平台常常需要长时间工作在几种不同的状态，需要航空发动机也能在这些状态均具有较低的耗油率，且能输出足够的推力，因此需要能实现发动机状态的实时调节。中国专利技术专利CN201911292493.X公开了一种高压轴直接驱动增压级的涡扇发动机气动布局结构，为进一步提高双轴涡扇发动机的涵道比，降低风扇噪声水平，在保持增压级总压比不变的情况下，提高增压级在非设计转速下的匹配特性，通过改变增压级的驱动方式，而在高压轴和增压级之间设置一减速齿轮装置，使得高压轴直接驱动增压级，通过减速齿轮装置调整增压级的叶尖切线速度，在较高的切线速度下，增压级的增压能力增强，在保持增压级总压比不变的情况下，可适当减速增压级的总级数，继而有利于提高双轴涡扇发动机的涵道比，降低风扇噪声水平。然而，该专利并不能在运行过程中改变涡扇发动机的涵道比，当飞行平台飞行在不同的高度和速度时，不能通过改变涡扇发动机的涵道比来使发动机工作在最优的性能，造成飞行平台的飞行航时和航程不能同时满足。根据以上分析，可以发现在高空长航时无人机用双轴涡扇发动机中，抑制增压级的低雷诺数效应，且实现性能可调是现在面临的一个重要的设计难题。
技术实现思路
针对现有双轴涡扇发动机中增压级与风扇同轴同转速，随着平台的巡航高度越来越高，增压级由于特征速度低、尺寸小，造成增压级的特征雷诺数不断降低，引起增压级附面层分离，造成性能急剧衰减的缺陷和不足，本专利技术提出了一种基于可变增压级的涵道比超宽可调涡扇发动机结构，具体涉及一种应用于双轴涡扇发动机中齿轮驱动增压级的气动布局结构形式，并且减速比可变。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于可变增压级的涵道比超宽可调双轴涡扇发动机结构，包括风扇、增压级、低压轴、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮、高压轴，其中，所述风扇、增压级、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮沿轴向依次布置，所述风扇、低压涡轮与所述低压轴直接驱动连接，所述高压压气机、高压涡轮与所述高压轴直接驱动连接，其特征在于，所述增压级通过一可变速比减速齿轮箱与所述高压轴驱动连接，当发动机处于低速巡航时，所述可变减速比齿轮箱设置为高减速比，使得所述增压级的转速相对较低，所述高压压气机的进口气流的总温总压相对低，发动机的涵道比相对较大；当发动机处于高速巡航时，所述可变减速比齿轮箱设置为低减速比，使得所述增压级的转速相对相对较高，所述高压压气机吸进的质量流量大，发动机的涵道比相对较小；所述增压级在径向上位于一分流岛的内侧，所述分流岛的下游设置一分流锥，气流经过所述风扇后，由所述分流岛分为内、外两个涵道，所述分流岛的内型线与风扇出口轮毂构成增压级流道，经过所述增压级的气流被所述分流锥再分为两股气流，一股气流进入内涵道，另一股气流从所述分流岛与分流锥之间的轴向间隙进入外涵道与分流岛分出的外涵气流混合。优选地，所述可变速比减速齿轮箱为行星齿轮减速箱，至少包括一太阳轮、一内齿圈以及设置在所述太阳轮与内齿圈之间的若干层行星齿轮组，其中，所述太阳轮与高压轴直接驱动连接，所述内齿圈与增压级驱动连接，通过啮合不同的行星齿轮组实现变减速比。进一步地，为了保证高压压气机进口的气流均匀，所述增压级的流量一般比所述高压压气机吸入的流量大10％以上，若增压级流量过大会造成外涵流道的掺混损失增大，需要兼顾内涵流道的均匀性和外涵流道的气动性能。优选地，所述增压级包括增压级转子和增压级静子，且所述增压级的上游设有内涵静子。优选地，所述分流岛的外型线与风扇机匣之间设置有沿周向均匀分布的外涵导叶。同现有技术相比，本专利技术的基于可变增压级的涵道比超宽可调双轴涡扇发动机结构，针对现有双轴涡扇发动机中增压级与风扇同轴同转速，随着平台的巡航高度越来越高，增压级由于特征速度低、尺寸小，造成增压级的特征雷诺数不断降低，引起增压级附面层分离，造成性能急剧衰减的缺陷和不足，通过将增压级通过一可变速比减速齿轮箱与高压轴驱动连接，当发动机处于低速巡航时，可变减速比齿轮箱设置为高减速比，使得增压级的转速相对较低，高压压气机的进口气流的总温总压相对低，发动机的涵道比相对较大；当发动机处于高速巡航时，可变减速比齿轮箱设置为低减速比，使得增压级的转速相对相对较高，高压压气机吸进的质量流量大，发动机的涵道比相对较小。附图说明图1为现有常规涡扇发动机转子结构示意图；图2为本专利技术的可变增压级的涵道比超宽可调涡扇发动机结构示意图；图3为可变增压级的涵道比超宽可调压缩系统示意图；图4为变减速比齿轮示意图。附图标记说明：旋转中心1，风扇2，增压级3，低压轴4，高压压气机5，高压涡轮6，低压涡轮7，高压轴8，变减速比齿轮9，内涵静子10，增压级转子11，增压级静子12，外涵导叶13，分流岛14，风扇机匣15，增压级外涵溢流16，内涵气流17，外涵气流18，分流岛与分流锥之间的轴向间隙19。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可变增压级的涵道比超宽可调双轴涡扇发动机结构，包括风扇、增压级、低压轴、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮、高压轴，其中，所述风扇、增压级、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮沿轴向依次布置，所述风扇、低压涡轮与所述低压轴直接驱动连接，所述高压压气机、高压涡轮与所述高压轴直接驱动连接，其特征在于，/n所述增压级通过一可变速比减速齿轮箱与所述高压轴驱动连接，当发动机处于低速巡航时，所述可变减速比齿轮箱设置为高减速比，使得所述增压级的转速相对较低，所述高压压气机的进口气流的总温总压相对低，发动机的涵道比相对较大；当发动机处于高速巡航时，所述可变减速比齿轮箱设置为低减速比，使得所述增压级的转速相对相对较高，所述高压压气机吸进的质量流量大，发动机的涵道比相对较小；/n所述增压级在径向上位于一分流岛的内侧，所述分流岛的下游设置一分流锥，气流经过所述风扇后，由所述分流岛分为内、外两个涵道，所述分流岛的内型线与风扇出口轮毂构成增压级流道，经过所述增压级的气流被所述分流锥再分为两股气流，一股气流进入内涵道，另一股气流从所述分流岛与分流锥之间的轴向间隙进入外涵道与分流岛分出的外涵气流混合。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于可变增压级的涵道比超宽可调双轴涡扇发动机结构，包括风扇、增压级、低压轴、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮、高压轴，其中，所述风扇、增压级、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮沿轴向依次布置，所述风扇、低压涡轮与所述低压轴直接驱动连接，所述高压压气机、高压涡轮与所述高压轴直接驱动连接，其特征在于，
所述增压级通过一可变速比减速齿轮箱与所述高压轴驱动连接，当发动机处于低速巡航时，所述可变减速比齿轮箱设置为高减速比，使得所述增压级的转速相对较低，所述高压压气机的进口气流的总温总压相对低，发动机的涵道比相对较大；当发动机处于高速巡航时，所述可变减速比齿轮箱设置为低减速比，使得所述增压级的转速相对相对较高，所述高压压气机吸进的质量流量大，发动机的涵道比相对较小；
所述增压级在径向上位于一分流岛的内侧，所述分流岛的下游设置一分流锥，气流经过所述风扇后，由所述分流岛分为内、外两个涵道，所述分流岛的内型线与风扇出口轮毂构成增压级流道，经过所述增压级的气流被所述分流锥再分为两股气流，一股气流进入内涵道，另一股气流从所述分流岛与分流锥之间的轴向间隙进入外涵道与分流岛分出的外涵气...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵胜丰，卢新根，徐纲，朱俊强，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11