一种防冰系统供气集气腔及其优化方法技术方案

本申请提供了一种防冰系统供气集气腔优化方法，包括：构建供气集气腔的特征参数，特征参数为供气集气腔的宽高比；在宽高比的最小值与最大值之间按预定间隔取若干值，形成包含宽高比最小值与最大值的N个宽高比，基于N个宽高比进行供气集气腔流动传热特性计算三维网络建模共形成N个计算模型；基于N个计算模型进行供气集气腔的重量评估和流体动力计算，得到N个供气集气腔的重量评估结果和流动传热特性，以N个宽高比为横坐标，分别建立N个供气集气腔的重量评估结果曲线和流动传热特性曲线；将重量评估结果曲线和流动传热特性曲线置于同一宽高比坐标系下，重量评估结果曲线和流动传热特性曲线的交点所对应的宽高比即为供气集气腔的最优结构。腔的最优结构。腔的最优结构。

【技术实现步骤摘要】
一种防冰系统供气集气腔及其优化方法


[0001]本申请属于燃气涡轮发动机
，特别涉及一种防冰系统供气集气腔及其优化方法。

技术介绍

[0002]当飞机在结冰包线内飞行时，由于空气中存在过冷水滴，过冷水滴会使发动机进口部件(整流支板、帽罩等)表面结冰。发动机进口部件结冰会改变其气动外形，减小进口处气流的进气面积，导致气动性能下降。同时积冰脱落还有可能打伤发动机叶片等部件，造成机械损伤，因此需要对发动机进口部件进行防冰保护。
[0003]常见的防冰系统由某一级高压压气机静子叶片叶尖处引一股热气，热气经管路输送至供气集气腔，供气集气腔将热气进行分配输送至进口防冰部件内，进而为进口防冰部件提供防冰保护，保证发动机在飞行包线内安全稳定运行。
[0004]热气由进气口进入供气集气腔后沿其周向运动，热气在运动过程中与发动机主通道内的气流存在换热。由于供气集气腔普遍采用金属材料，而金属材料导热系数大，这就导致热气与主流道换热剧烈，热气温降大，导致进入最远端防冰部件的热气温度不够，防冰部件不能很好的进行防冰。为了保证最远端防冰部件的防冰效果，通常采用提高防冰用气量的方式，但由于防冰热气是从高压压气机引的高温高压空气，防冰用气量增加过多会使发动机发生喘振，对发动机工作产生威胁。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供了一种防冰系统供气集气腔及其优化方法，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
[0006]本申请的技术方案是：一种防冰系统供气集气腔优化方法，包括：
[0007]构建供气集气腔的特征参数，所述特征参数为供气集气腔的宽高比；
[0008]在所述宽高比的最小值与最大值之间按预定间隔取若干值，形成包含宽高比最小值与最大值的N个宽高比，基于N个宽高比进行供气集气腔流动传热特性计算三维网络建模共形成与宽高比数量N所对应的N个计算模型；
[0009]基于N个所述计算模型进行供气集气腔的重量评估和流体动力计算，得到N个供气集气腔的重量评估结果和流动传热特性，以N个宽高比为横坐标，分别建立N个供气集气腔的重量评估结果曲线和流动传热特性曲线；
[0010]将所述供气集气腔的重量评估结果曲线和流动传热特性曲线置于同一宽高比坐标系下，所述重量评估结果曲线和流动传热特性曲线的交点所对应的宽高比即为供气集气腔的最优结构。
[0011]进一步的，取宽高比时，所述宽高比满足使供气集气腔内部的热气流通面积不变。
[0012]进一步的，所述流动传热特性包含热气温降。
[0013]另外，本申请还提供了一种防冰系统供气集气腔，所述供气集气腔采用如上任一
所述的防冰系统供气集气腔优化方法进行设计。
[0014]进一步的，所述供气集气腔内部的热气通道中设有隔板，所述隔板使所述供气集气腔内部靠近里侧的部分形成空气夹层。
[0015]进一步的，所述空气夹层的厚度为0.8mm～2mm。
[0016]进一步的，所述供气集气腔外部的内环面上喷涂有隔热涂层。
[0017]进一步的，所述隔热涂层的厚度为0.3mm～0.8mm。
[0018]本申请提供的防冰系统供气集气腔及其优化方法可以解决现有供气集气腔结构热气沿程温降大的问题，保证防冰最严苛的防冰部件满足防冰需求的前提下减少防冰引气量，最大程度降低发动机能耗，确保发动机安全稳定运行。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0020]图1为典型的防冰系统前视图。
[0021]图2为典型的防冰系统侧视图。
[0022]图3为供气集气腔示意图。
[0023]图4为供气集气腔热气流动方向及宽高位置示意图。
[0024]图5为本申请的方法示意图。
[0025]图6为本申请中的重量与宽高比关系曲线示意图。
[0026]图7为本申请中的热气温降与宽高比关系曲线示意图。
[0027]图8为本申请一实施例中的重量与宽高比关系曲线示意图。
[0028]图9为本申请一实施例中的热气温降与宽高比关系曲线示意图。
[0029]图10为本申请中的热气温降与宽高比关系曲线示意图。
[0030]图11为本申请一实施例中的热气温降与宽高比关系曲线示意图。
[0031]图12为本申请一实施例中的最终供气集气腔结构示意图。
具体实施方式
[0032]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0033]如图1至图4所示的典型航空发动机防冰系统示意图，该发动机防冰系统包括引气座1、供气集气腔2以及由整流支板3和帽罩4构成的防冰部件，其中，整流支板3和帽罩4为需要提供防冰保护的部件。防冰系统从高压压气机某级静子叶片叶尖引出高温高压空气，高温高压空气通过引气座1进入供气集气腔2，热气沿着供气集气腔2周向流动，在流动过程中不断从排气口5流向整流支板3。进入整流支板3的热气对其壁面进行加热防冰后，一部分热气流入主流道，另一部分流入帽罩4，继续对帽罩4的壁面进行防冰保护。
[0034]为了能够最大程度降低供气集气腔的热气温降，在有效满足发动机防冰需求的同时降低供气集气腔的结构重量，降低防冰引气对发动机性能和安全的影响，本申请提出一种高效低热损的防冰系统供气集气腔优化方法。
[0035]如图5所示，本申请提供的防冰系统供气集气腔优化方法包括如下步骤：
[0036]第一、构建供气集气腔的特征参数，该特征参数为供气集气腔宽高比，即K*＝L/H，L为供气集气腔轴向长度，H为供气集气腔径向高度。
[0037]由供气集气腔2在发动机的安装位置及其真实工作状态可知，供气集气腔2与外界的热交换绝大部分集中在其内部防冰热气流与发动机主通道气流之间的内环方向上，参见图4所示，这是影响供气集气腔温降的主要结构因素。为了保证防冰用气量能够达到要求，需要保证内部流通面积不变，基于此，本申请中提出构建一特征参数，该特征参数为供气集气腔宽高比，即K*＝L/H，L是轴向长度，H是高度。
[0038]步骤二、在宽高比最小值与最大值之间按一定间隔取若干值，形成包含最小值与最大值的N个宽高比，基于该N个不同的宽高比，进行供气集气腔流动传热特性计算三维网络建模，共形成与宽高比数量N所对应的N个计算模型。
[0039]假定多个宽高比K*，从宽高比K*＝0至某一理论最大值K*max(例如，供气结构没有高度，类似于一张平面)中以一定的间隔取若干值，共形成N个宽高比值K*min、K*1、K*2
……
K*max，宽高比的选取原则是保证内部热气流通面积不变，即L
×
H＝Const。
[0040]根据确定的N个不同宽高比K*，进行供气集气腔2的流动传热特性计算三维网络建模，共形成与宽高比K*数量N所对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防冰系统供气集气腔优化方法，其特征在于，包括：构建供气集气腔的特征参数，所述特征参数为供气集气腔的宽高比；在所述宽高比的最小值与最大值之间按预定间隔取若干值，形成包含宽高比最小值与最大值的N个宽高比，基于N个宽高比进行供气集气腔流动传热特性计算三维网络建模共形成与宽高比数量N所对应的N个计算模型；基于N个所述计算模型进行供气集气腔的重量评估和流体动力计算，得到N个供气集气腔的重量评估结果和流动传热特性，以N个宽高比为横坐标，分别建立N个供气集气腔的重量评估结果曲线和流动传热特性曲线；将所述供气集气腔的重量评估结果曲线和流动传热特性曲线置于同一宽高比坐标系下，所述重量评估结果曲线和流动传热特性曲线的交点所对应的宽高比即为供气集气腔的最优结构。2.如权利要求1所述的防冰系统供气集气腔优化方法，其特征在于，取宽高比...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淼，刘国朝，龚欢，李云单，张程东，贾琦，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：