一种紧凑型跨音速离心压气机结构制造技术

本申请提供了一种紧凑型跨音速离心压气机结构，属于微小型航空发动机压气机的技术领域，具体包括轮毂、机匣、离心叶轮、径向扩压器和轴向扩压器，离心叶轮进口位置的轮毂和机匣半径比范围为0.3

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型跨音速离心压气机结构


[0001]本申请涉及微小型航空发动机压气机的领域，尤其是涉及一种紧凑型跨音速离心压气机结构。

技术介绍

[0002]由于离心压气机具有单级压比高、零部件少、制造方便、可靠性高等一系列优势，被广泛应用在微小型涡喷发动机上。随着对航空发动机性能的更高要求，使得对于压气机的压比以及径向和轴向尺寸要求愈来愈高。高压比的离心叶轮的出口线速度往往达到了530m/s，甚至更高，此时离心叶轮出口为超音速气流，大大增大了离心叶轮和径向扩压器的匹配难度，恶化径向扩压器内的气体流动，降低离心压气机的效率和喘振裕度，导致高压比、跨音速、紧凑型的高效离心压气机的设计非常具有挑战性。
[0003]现在常用的径向扩压器结构为楔形扩压器，其在叶片尾缘处会出现较大的气流分离情况，使效率降低；并且厚度分布和喉道面积的参数耦合较强，不便调节。现有离心压气机的径向尺寸较长，重量较大。离心叶轮和径向扩压器的匹配困难，径向扩压器内的激波损失和气体分离较大，造成高压比、跨声速的离心压气机的效率较低，并且不够紧凑。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供紧凑型跨音速离心压气机结构，解决了现有技术中的问题，提升整个离心压气机的气动效率。
[0005]本申请提供的一种离心压气机采用如下的技术方案：
[0006]一种离心压气机，包括轮毂、机匣、离心叶轮、径向扩压器和轴向扩压器，所述离心叶轮进口位置的轮毂和机匣半径比范围为0.3
‑
0.4，所述离心叶轮进口位置的机匣半径和所述离心叶轮的出口半径比范围为0.6
‑
0.8，所述径向扩压器进口半径与所述离心叶轮出口半径比范围为1.03
‑
1.05，所述径向扩压器包括径向扩压叶片，所述径向扩压叶片采用任意多项式中弧线及叶片厚度积叠的方法构造，所述径向扩压器的出口半径与所述离心叶轮出口半径比范围为1.2
‑
1.3，所述轴向扩压器采用出口等宽的叶型设计。
[0007]可选的，所述离心叶轮包括主叶片和分流叶片，所述主叶片的进口安装角范围为28
‑
58
°
，所述主叶片在所述轮毂处的进口安装角为28
°
，所述主叶片在所述机匣处的进口安装角为58
°
，所述主叶片出口安装角范围为15
‑
23
°
，所述主叶片在所述轮毂处的出口安装角为15
°
，所述主叶片在所述机匣处的出口安装角为23
°
。
[0008]可选的，从所述主叶片上截取部分作为所述分流叶片。
[0009]可选的，所述径向扩压叶片采用任意多项式中弧线及叶片厚度积叠的方法构造的步骤包括：
[0010]获取所述径向扩压叶片不同位置的中弧线安装角和所述径向扩压叶片不同位置的厚度；
[0011]所述径向扩压叶片不同位置的中弧线安装角和所述径向扩压叶片不同位置的厚
度生成所述径向扩压叶片的基元叶型，设定所述径向扩压叶片倾斜角为0，叶根到叶顶线性积叠，生成所述径向扩压叶片的完整叶型。
[0012]可选的，获取所述径向扩压叶片不同位置的中弧线安装角的步骤包括：
[0013]给定所述径向扩压叶片中弧线安装角的分布曲线：
[0014]其中，β(m)为相应位置下径向扩压叶片的中弧线安装角，m为子午面距离的百分比，径向扩压叶片的进口的子午面距离的百分比m＝0，β(0)为径向扩压叶片进口的中弧线安装角，径向扩压叶片的出口的子午面距离的百分比m＝100，β(100)为径向扩压叶片出口的中弧线安装角，i为曲线多项式的次数，p
i
为多项式的系数，p0＝63.35，p1＝
‑
0.369，p2＝5.82e3，p3＝
‑
5.07e5，p4＝3.4e7；
[0015]通过给定子午距离的百分比从0
‑
100的插值数据，根据径向扩压叶片中弧线安装角的分布曲线公式计算径向扩压叶片不同位置的中弧线安装角。
[0016]可选的，获取所述径向扩压叶片不同位置的厚度的步骤包括：
[0017]给定径向扩压叶片厚度的分布曲线：
[0018]其中，h(m)为相应位置下径向扩压叶片的厚度，m为子午面距离的百分比，径向扩压叶片的进口的子午面距离的百分比m＝0，h(0)为径向扩压叶片进口的厚度，径向扩压叶片的出口的子午面距离的百分比m＝100，h(100)为径向扩压叶片出口的厚度，i为曲线多项式的次数，q
i
为多项式的系数，q0＝0.18.q1＝0.0747，q2＝
‑
2.06e3，q3,＝1.54e4，q4,＝
‑
3.55e6，q5,＝3.57e8，q6,＝
‑
1.39e
10
；
[0019]通过给定子午距离的百分比从0
‑
100的插值数据，根据径向扩压叶片厚度的分布曲线公式计算径向扩压叶片不同位置的厚度。
[0020]可选的，在子午面上，所述径向扩压器的所述轮毂从进口到出口向外扩张2
‑5°
，所述轴向扩压器的所述轮毂从进口到出口向外扩张2
‑5°
。
[0021]综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
[0022]本申请通过减小离心叶轮的叶片的出口安装角，降低离心叶轮出口半径；采用任意多项式中弧线设计以及叶片厚度积叠方法构造径向扩压叶片叶型，使其更适合超音速气流，减小径向扩压叶片入口和吸力面的激波损失，减弱径向扩压器内部的流动分离以及尾迹分离，改善轴向扩压器的入口流动，提升整个离心压气机的气动效率。特别适用于高压比、跨音速、紧凑型的微小型航空发动机的离心压气机。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0024]图1为本申请离心压气机子午面的结构示意图；
[0025]图2为本申请离心压气机的整体结构示意图；
[0026]图3为本申请径向扩压叶片中弧线安装角的分布示意图；
[0027]图4为本申请径向扩压叶片厚度的分布示意图。
[0028]附图标记说明：100、离心叶轮；101、主叶片；102、分流叶片；200、径向扩压器；201、径向扩压叶片；300、轴向扩压器；301、轴向扩压叶片；400、机匣；500、轮毂。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0030]以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型跨音速离心压气机结构，包括轮毂、机匣、离心叶轮、径向扩压器和轴向扩压器，其特征在于，所述离心叶轮进口位置的轮毂和机匣半径比范围为0.3
‑
0.4，所述离心叶轮进口位置的机匣半径和所述离心叶轮的出口半径比范围为0.6
‑
0.8，所述径向扩压器进口半径与所述离心叶轮出口半径比范围为1.03
‑
1.05，所述径向扩压器包括径向扩压叶片，所述径向扩压叶片采用任意多项式中弧线及叶片厚度积叠的方法构造，所述径向扩压器的出口半径与所述离心叶轮出口半径比范围为1.2
‑
1.3，所述轴向扩压器采用出口等宽的叶型设计。2.根据权利要求1所述的紧凑型跨音速离心压气机结构，其特征在于，所述离心叶轮包括主叶片和分流叶片，所述主叶片的进口安装角范围为28
‑
58
°
，所述主叶片在所述轮毂处的进口安装角为28
°
，所述主叶片在所述机匣处的进口安装角为58
°
，所述主叶片出口安装角范围为15
‑
23
°
，所述主叶片在所述轮毂处的出口安装角为15
°
，所述主叶片在所述机匣处的出口安装角为23
°
。3.根据权利要求2所述的紧凑型跨音速离心压气机结构，其特征在于，从所述主叶片上截取部分作为所述分流叶片。4.根据权利要求1所述的紧凑型跨音速离心压气机结构，其特征在于，所述径向扩压叶片采用任意多项式中弧线及叶片厚度积叠的方法构造的步骤包括：获取所述径向扩压叶片不同位置的中弧线安装角和所述径向扩压叶片不同位置的厚度；所述径向扩压叶片不同位置的中弧线安装角和所述径向扩压叶片不同位置的厚度生成所述径向扩压叶片的基元叶型，设定所述径向扩压叶片倾斜角为0，叶根到叶顶线性积叠，生成所述径向扩压叶片的完整叶型。5.根据权利要求4所述的紧凑型跨音速离心压气机结构，其特征在于，获取所述径向扩压叶片不同位置的中弧线安装角的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，何家祥，李茂义，
申请(专利权)人：清航空天北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：