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【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于叶轮机械内部流动控制,具体涉及一种非轴对称周向槽机匣处理设计方法,应用于进气畸变条件下的涵道风扇,用于扩宽风扇稳定裕度。
技术介绍
1、进气畸变是广泛存在于航空发动机内的一种流动现象,其产生的原因有很多种。飞机的爬升,侧滑和俯冲过程以及飞机进气道的特殊设计等都会引起进气条件的恶化,产生进气畸变。研究发现,进气畸变是涵道风扇失速边界退化和稳态特性衰减的重要因素。涵道风扇在进气畸变的条件下工作时,会破坏涵道风扇本来的工作状态和气流的轴对称流动,导致涵道风扇的稳定性降低,并使其失速边界右移,严重影响发动机的正常运行。因此,开展涵道风扇抗畸变能力的研究具有极其重要的意义
2、机匣处理作用于转子顶部,通过改善近失速工况下叶尖区域的流动扩宽稳定裕度,其结构较为简单、成本相对低廉、性能可靠,并且具有较强的抗畸变能力。大量研究表明,绝大多数现代轴流压气机的失速先兆率先发生在叶尖区域,将机匣处理的扩稳方法用在涵道风扇中,有望提升涵道风扇的抗畸变能力。
3、机匣处理结构类型多种多样,目前对其的研究多集中在周向槽和轴向缝上。但相较于轴向缝,周向槽对压气机起到一定扩稳作用的同时对压气机的峰值效率影响较小,因此得到了更多的关注。
技术实现思路
1、有鉴于此,本专利技术改进了常规轴对称周向槽机匣处理方法,该方法通过分析进气畸变条件下涵道风扇近失速工况的流场,依据流场中低能区分布的非轴对称性,同时考虑到周向槽深槽对低能区具有更强的抽吸效果,对低能区堵塞严重的叶片通道开深槽,
2、本专利技术采用如下技术方案来实现的:
3、进气畸变条件为某种真实总压畸变条件,分析该总压畸变进气条件下涵道风扇近失速工况的相对马赫数云图,得到涵道风扇叶尖区域的低能流体区的数量,将低能流体严重阻塞流场区域的周向角度范围记为δβi。
4、针对进气畸变下涵道风扇近失速工况的流场,依据低能流体分布的非轴对称性,在堵塞严重的叶片通道上方开深槽,堵塞情况较弱的叶片通道上方开浅槽,深槽和浅槽之间的过渡方式采用线性光滑过渡。所设计的非轴对称周向槽相比于轴对称周向槽具有更好的扩稳效果。
5、本专利技术的进一步技术方案是:深槽的槽深值取14至21倍的叶尖间隙,浅槽的槽深值取8至14倍的叶尖间隙,深槽和浅槽之间的过渡区采用线性光滑过渡。
6、本专利技术的进一步技术方案是:线性光滑过渡区域的周向范围与低能流体的周向分布情况关联,周向角度百分比为20%~40%,δθi为线性光滑过渡区域所占的周向角度范围。
7、线性光滑过渡区的机匣型线的表达式为:式中,r1的大小为叶顶的半径与浅槽深度之和,r2的大小为叶顶的半径与深槽深度之和,θi的值属于0至δθi之间。
8、与现有技术相比,本专利技术至少具有如下有益的技术效果:
9、本专利技术,依据流场中低能流体分布的非轴对称性与深槽和浅槽的自身特性所设计改进的非轴对称周向槽机匣处理方法对涵道风扇的扩稳作用更明显。
10、在某涵道风扇上开展的数值研究表明,改进的周向槽机匣处理方法较实壁机匣(未实施机匣处理)将进气畸变条件下涵道风扇的稳定裕度从5.84%提高到11.73%。
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1.一种非轴对称周向槽机匣处理设计方法,应用于进气畸变下的涵道风扇;其特征在于:包括深槽区域、浅槽区域与过渡区域;
2.根据权利要求1所述的周向槽机匣处理,其特征在于,深槽的槽深被构造成所述涵道风扇叶尖间隙的14~21倍,浅槽的槽深被构造成所述涵道风扇叶尖间隙的8~14倍。
3.根据权利要求2所述的周向槽机匣处理,其特征在于,涵道风扇圆周范围具有n个低能流体堵塞区,其中第i个低能流体堵塞区所占的周向角度范围为Δβi,i∈(1,2,···,i,···,n)。该区域对应的线性光滑过渡区域占的周向角度范围为Δθi,深槽区域所占的周向角度范围为Δθi′,浅槽区域所占的周向角度范围为Δθi″,其中Δβi≤Δθi′+Δθi,Δθi′=a×Δβi,一般取a为60%~90%。
4.根据权利要求1所述的周向槽机匣处理,过渡区的机匣型线的表达式为:式中,R1的大小为叶顶的半径与浅槽深度之和,R2的大小为叶顶的半径与深槽深度之和,θi的值属于0至Δθi之间。
5.一种涵道风扇机匣,其特征在于,包括如权利要求1至4中任一所述的非轴对称周向槽机匣处理。
>...【技术特征摘要】
1.一种非轴对称周向槽机匣处理设计方法,应用于进气畸变下的涵道风扇;其特征在于:包括深槽区域、浅槽区域与过渡区域;
2.根据权利要求1所述的周向槽机匣处理,其特征在于,深槽的槽深被构造成所述涵道风扇叶尖间隙的14~21倍,浅槽的槽深被构造成所述涵道风扇叶尖间隙的8~14倍。
3.根据权利要求2所述的周向槽机匣处理,其特征在于,涵道风扇圆周范围具有n个低能流体堵塞区,其中第i个低能流体堵塞区所占的周向角度范围为δβi,i∈(1,2,···,i,···,n)。该区域对应...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵磊,李雨亭,高丽敏,王可鑫,李瑞宇,俞一波,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:
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