一种流通面积可调节的叶型预旋喷嘴结构制造技术

本发明专利技术涉及一种流通面积可调节的叶形预旋喷嘴结构，属于燃气涡轮发动机中的预旋冷气系统技术领域，本发明专利技术通过微型舵机与连杆机构的共同工作，调节叶背固体薄壳与叶片主体的相对位置，实现预旋喷嘴气流通道面积的改变，可对冷气量进行有效调节，在调节过程中，气流通道两侧能够保持叶盆叶背的气动叶型设计，避免了额外的气动损失，实现在不同工况下为预旋冷气系统提供不同的冷气量，以降低燃气涡轮发动机在全工况下的综合耗油率

【技术实现步骤摘要】
一种流通面积可调节的叶型预旋喷嘴结构


[0001]本专利技术涉及燃气涡轮发动机中的预旋冷气系统
，具体涉及一种流通面积可调节的叶型预旋喷嘴结构
。

技术介绍

[0002]现代燃气涡轮发动机的预旋冷气系统为涡轮叶片提供适宜压力
、
温度的冷却气体，从而保证叶片在高温燃气环境下的可靠运行，并延长叶片的使用寿命
。
典型的预旋冷气系统从燃烧室内环位置引出冷却空气，经过预旋喷嘴进入涡轮盘前腔，并主要通过涡轮叶片气膜孔汇入主流
。
这部分冷气不参与主流道的热力循环，因此对燃气涡轮发动机的输出功率没有贡献，过多的冷却空气引气量会提高发动机耗油率，对总体性能产生不利影响
。
耗油率是现代燃气涡轮发动机在国际市场上竞争的重要指标，因此应当尽量避免冷气量冗余带来的耗油率偏大这一负面影响
。
[0003]现阶段，针对燃气涡轮发动机的设计，一般选取全功率输出时最高温度水平的最大热工况进行冷气量需求的评估与设计，并在该工况下确定满足涡轮叶片冷却要求的预旋冷气系统元件几何参数
。
当发动机在部分功率输出的工况下运行时，燃气温度水平相对降低，叶片冷气量需求下降，不再需要提供与最大热工况相当的冷气量；但是，由于预旋冷气系统的元件几何固定，导致冷气的引气比例基本不变，此时的冷气量将相对冗余，不利于降低发动机耗油率
。
[0004]而且，现有技术中变循环发动机为了实现宽空域
、
宽速域的飞行需求，通过在不同的工作状态下通过主流道部件的调节实现不同的工作模式，例如在低空低速采用涡扇模式，高空高速采用涡喷模式，其中涉及到模式切换过程中的发动机状态匹配问题
。
在变循环发动机模式切换过程中，发动机预旋冷气系统一般采用固定引气面积的方法来设计叶盆叶背面的几何参数，通过优化叶盆叶背面的几何参数，提升其性能
。
[0005]但是固定引气面积，预旋冷气系统就不能跟随主流道部件气动参数的剧烈变化做出响应，导致叶盆和叶背面无法跟随主流道部件状态变化做出相应调整，不能保证预旋冷气系统关键功能性指标
(
如叶盘冷却
、
轮缘封严
、
轴向力控制等
)
的安全性能，增加了空气系统失稳风险
。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种流通面积可调节的叶型预旋喷嘴结构，可实现在不同工况下为预旋冷气系统提供不同的冷气量，以降低燃气涡轮发动机在全工况下的综合耗油率，同时，在不改变已经过优化的气动设计良好的叶型预旋喷嘴型面几何参数的前提下，实现喷嘴流通面积的调节，调节过程保持了气动型面设计避免了额外损失，预旋系统也能跟随变循环发动机主流道的状态变化进行调节，提高全飞行包线下的性能与安全性
。
[0007]本专利技术提供了一种流通面积可调节的叶型预旋喷嘴结构，所述叶形预旋喷嘴结构包括：喷嘴叶片
、
底部支板
(3)
和顶部支板
(4)
；喷嘴叶片包括叶片主体
(1)、
叶背固体薄壳
(2)
；
[0008]其中，叶片主体固定设置于底部支板；叶背固体薄壳
(2)
可移动地设置于底部支板与顶部支板之间
。
[0009]优选的，底部支板3和顶部
L
型支板4均为环状支板，沿所述底部支板
(3)
和顶部支板
(4)
的内板面周向设置多组喷嘴叶片；
[0010]每组喷嘴叶片的叶背固体薄壳的外周壁面与其相邻的另一组喷嘴叶片的叶片主体的内周壁面之间形成预旋喷嘴的气流通道；如图1所示；所述叶片主体1和叶背固体薄壳2水平放置在连接底部支板3和顶部
L
型支板之间，所述叶片主体1分别与底部支板3和顶部
L
型支板固定连接
。
[0011]优选的，所述底部支板与顶部
L
型支板为静子支板；所述叶片主体1固定安装在静子支板上，叶背固体薄壳2可移动地设置在静子支板上沿环状支板圆周方向移动一定距离，整个预旋喷嘴结构的周向均匀分布有若干组喷嘴叶片；每组喷嘴叶片的叶背固体薄壳2与其相邻的另一个喷嘴叶片的叶片主体1之间形成预旋喷嘴的气流通道；所述预旋喷嘴结构为环形；如图
1(a)
是喷嘴叶片初始状态，图
1(b)
是喷嘴叶片调节后状态
。
[0012]本专利技术技术方案中在叶背固体薄壳沿圆周方向移动的过程中，叶背固体薄壳的前缘始终与叶片主体的前缘保持接触，保证了叶背固体薄壳与叶片主体在迎风面上形成有效连通的固体域，避免在两者之间出现空隙造成漏气；同时符合军用航空发动机方面宽空域
、
宽速域的飞行需求
(
飞行高度
、
飞行速度范围变大
)。
[0013]所述叶背固体薄壳2在底部支板3与顶部
L
型支板4之间沿环状支板圆周方向移动；在所述叶背固体薄壳2沿圆周方向移动的过程中，叶背固体薄壳2的前缘始终与叶片主体1的前缘保持接触；如图
2(a)
是喷嘴叶片初始状态，图
2(b)
是喷嘴叶片调节后状态；
[0014]本专利技术技术方案在叶背固体薄壳2沿圆周方向移动的过程中，叶背固体薄壳2的前缘始终与叶片主体1的前缘保持接触，以保证叶背固体薄壳2与叶片主体1在迎风面上形成有效连通的固体域，避免在两者之间出现空隙造成漏气
。
优选的，所述叶背固体薄壳的移动距离与所述叶背固体薄壳的前缘长度有关，如图
4(a)
所示，
2A
为叶背固体薄壳的前缘，
L2
为叶背固体薄壳的前缘长度；所述叶背固体薄壳的最大移动距离为其前缘长度；所述叶片主体的前缘和叶背固体薄壳的前缘构成叶片迎风面固体壁面，如图1所示，
S1
和
S2
均为的叶片迎风面固体壁面；每组喷嘴叶片的叶背固体薄壳的外周壁面与其相邻的另一组喷嘴叶片的叶片主体的内周壁面之间形成预旋喷嘴的气流通道，如图
4(b)
所示，
1A
为喷嘴叶片主体的前缘，
L1
为喷嘴叶片主体的前缘长度；
[0015]如图6所示，
H
为尾缘长度，
D
为叶背固体薄壳厚度，
R1
为叶片主体的前缘圆弧，
R2
为叶片主体的叶盆弧度，
R3
为叶背固体薄壳的叶背弧度，
θ1为叶盆倾角，
θ2为叶背倾角；
[0016]所述叶片主体的前缘与叶片主体的叶盆呈一定弧度，定义为叶片主体的前缘弧度；
[0017]叶片主体的前缘弧度：叶片主体的叶盆弧度：叶背固体的叶背弧度的比例为：2：
15
：
12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种流通面积可调节的叶型预旋喷嘴结构，其特征在于，包括喷嘴叶片
、
底部支板
(3)
和顶部支板
(4)
；喷嘴叶片包括叶片主体
(1)、
叶背固体薄壳
(2)
；其中，叶片主体固定设置于底部支板；叶背固体薄壳
(2)
可移动地设置于底部支板与顶部支板之间
。2.
根据权利要求1所述的叶型预旋喷嘴结构，其特征在于，底部支板
(3)
和顶部支板
(4)
均为环状支板，沿所述底部支板
(3)
和顶部支板
(4)
的内板面周向设置多组喷嘴叶片
。3.
根据权利要求1所述的叶型预旋喷嘴结构，其特征在于，每组喷嘴叶片的叶背固体薄壳的外周壁面与其相邻的另一组喷嘴叶片的叶片主体的内周壁面之间形成预旋喷嘴的气流通道
。4.
根据权利要求1所述的叶型预旋喷嘴结构，其特征在于，叶片主体
(1)
的前缘弧度：叶片主体
(1)
的叶盆弧度：叶背固体薄壳
(2)
的叶背弧度的比例为：2：
15
：
12。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的叶型预旋喷嘴结构，其特征在于，所述叶背固体薄壳
(2)
在底部支板
(3)
与顶部
L
型支板
(4)
之间沿环状支板的圆周方向移动
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，丁水汀，王承昊，邱天，刘传凯，刘晓静，郭佳凡，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：