本發(fā)明涉及一種控制渦輪靜子流動分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，屬于葉輪機械
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)代高涵道比航空發(fā)動機的渦輪尺寸增大、級數(shù)增多，為了減輕發(fā)動機的重量提高發(fā)動機的推重比，通常采用減少渦輪級數(shù)或者渦輪級葉片數(shù)的設(shè)計方法，這導(dǎo)致渦輪葉片的負(fù)荷增加，高負(fù)荷或超高負(fù)荷渦輪葉型對應(yīng)的葉片吸力面局部逆壓力梯度增大，使得葉片表面容易出現(xiàn)流動分離、葉型損失相應(yīng)增大。由于在大展弦比渦輪葉片中葉型損失占渦輪葉片損失的大部分，故渦輪葉片負(fù)荷的增加將導(dǎo)致渦輪效率下降，航空發(fā)動機的耗油率增大，因此，運用合適的控制手段來減小吸力面的流動分離、降低葉型損失是先進(jìn)渦輪設(shè)計的一個重要目標(biāo)。為了抑制渦輪靜子葉片的吸力面邊界層流動分離從而減小分離流動損失，現(xiàn)代航空發(fā)動機主要采用主動控制和被動控制兩種手段。被動控制主要包括在渦輪葉片吸力面加拌線、V型槽、球窩、矩形條等控制策略，促發(fā)轉(zhuǎn)捩提前發(fā)生，減小吸力面分離泡的大小，進(jìn)而降低葉型損失。然而在不同飛行條件下，渦輪處于不同的工作狀態(tài)，被動控制手段無法在復(fù)雜工況下保持良好的控制效果，甚至?xí)捎诠r改變對渦輪帶來不利影響。主動控制方法主要包括利用定?；蛎}動的氣流射流來控制渦輪葉片吸力面的分離；近年來等離子體主動控制等新型手段也取得了良好的主控效果,這些主動控制相較于被動控制方法而言，具有適應(yīng)工作裕度寬、控制效果好等突出特點，但脈沖射流或等離子體的控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在渦輪流動控制上還沒有進(jìn)入應(yīng)用階段。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、控制效果良好的控制渦輪靜子流動分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)主動控制渦輪靜子葉片吸力面處的流動分離，減小分離流動損失。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種控制渦輪靜子流動分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、主控效果良好等優(yōu)點，且能夠良好工作在設(shè)計工況下及復(fù)雜非設(shè)計工況下，有效抑制渦輪靜子葉片吸力面處的流動分離，從而減小分離流動損失，提高渦輪的工作效率。技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種控制渦輪靜子流動分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，包括靜葉輪轂及靜葉機匣，在靜葉輪轂及靜葉機匣之間沿圓周方向均勻設(shè)置有若干靜子葉片；每個靜子葉片的吸力面上方設(shè)置有可調(diào)偏轉(zhuǎn)角的分流小葉，分流小葉呈弧面板狀，其前緣與尾緣處均為弧面；所述分流小葉的上表面為吸力面，分流小葉的下表面為壓力面，分流小葉的上、下表面均為靜子葉片的吸力面上與其對應(yīng)部位的三維弧面；分流小葉的中弧線中點處設(shè)置有沿分流小葉葉高方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸與分流小葉連為一體且旋轉(zhuǎn)軸的兩端伸出分流小葉外；靜葉輪轂及靜葉機匣上均設(shè)置有與旋轉(zhuǎn)軸相配合的軸承，分流小葉通過旋轉(zhuǎn)軸與軸承的配合沿圓周方向均勻安裝于靜葉輪轂及靜葉機匣之間；當(dāng)分流小葉繞其旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)0度時，分流小葉的壓力面與靜子葉片的吸力面之間的距離處處相等。當(dāng)渦輪靜子葉片由于工況改變將要發(fā)生吸力面大尺度流動分離時，增大分流小葉的偏轉(zhuǎn)角，使分流小葉的尾緣靠近靜子吸力面、分流小葉的前緣遠(yuǎn)離靜子吸力面；分流小葉的壓力面與靜子葉片的吸力面形成局部收縮流道，實現(xiàn)對吸力面流體的局部增壓，從而實現(xiàn)對靜子葉片吸力面處流動分離的抑制。優(yōu)選的，所述分流小葉繞其旋轉(zhuǎn)軸的偏轉(zhuǎn)角在0-10度內(nèi)。負(fù)角度偏轉(zhuǎn)會擴大靜子葉片吸力面處的流動分離，正角度過大會引起流道堵塞，正角度過小會使抑制流動分離的效果不明顯。優(yōu)選的，為了保證分流小葉與靜葉輪轂、靜葉機匣之間不會發(fā)生干涉從而影響分流小葉的轉(zhuǎn)動效果，所述分流小葉的內(nèi)、外側(cè)面分別與靜葉輪轂、靜葉機匣的內(nèi)壁形狀相適配，且分流小葉與靜葉輪轂、靜葉機匣之間均有轉(zhuǎn)動間隙。優(yōu)選的，所述分流小葉的弦長為靜子葉片的10％，分流小葉的葉高與靜子葉片相同。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)軸的直徑為小葉弦長的50％。優(yōu)選的，所述分流小葉距靜子葉片吸力面的距離為靜子葉片柵距的10％。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)端上安裝有調(diào)節(jié)分流小葉偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)整桿，調(diào)整桿與旋轉(zhuǎn)軸成90°夾角并伸出至靜葉機匣外。有益效果：本發(fā)明提供的一種控制渦輪靜子流動分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點：1、結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，具有良好的主控效果，且適用于多種結(jié)構(gòu)類型的渦輪靜子葉片；2、其適應(yīng)工作裕度寬，能夠良好工作在設(shè)計工況下的同時在復(fù)雜的非設(shè)計工況下能夠有效抑制渦輪靜子葉片吸力面處的流動分離，有效減小了分離流動損失，提高渦輪的工作效率。附圖說明圖1為本發(fā)明中分流小葉與靜子葉片的剖面圖；圖2為本發(fā)明中分流小葉與靜子葉片的立體圖；圖3為本發(fā)明一種控制渦輪靜子流動分離的分流小葉結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中分流小葉與靜葉機匣的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明中分流小葉與靜葉輪轂的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖中包括：1、靜葉輪轂，2、靜葉機匣，3、靜子葉片，4、分流小葉，5、旋轉(zhuǎn)軸。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。如圖1所示為一種控制渦輪靜子流動分離的分流小葉結(jié)構(gòu)，包括靜葉輪轂1及靜葉機匣2，在靜葉輪轂1及靜葉機匣2之間沿圓周方向均勻設(shè)置有若干靜子葉片3；每個靜子葉片3的近吸力面處設(shè)置有可調(diào)偏轉(zhuǎn)角的分流小葉4，分流小葉4呈弧面板狀，其前緣與尾緣處均為弧面；所述分流小葉4的上表面為小葉吸力面，分流小葉4的下表面為小葉壓力面，分流小葉4的上、下表面均為靜子葉片3的吸力面上與其對應(yīng)部位的三維弧面；分流小葉4的中弧線中點處設(shè)置有沿分流小葉4葉高方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸5，旋轉(zhuǎn)軸5與分流小葉4連為一體且旋轉(zhuǎn)軸5的兩端伸出分流小葉4外；靜葉輪轂1及靜葉機匣2上均設(shè)置有與旋轉(zhuǎn)軸5相配合的軸承，分流小葉4通過旋轉(zhuǎn)軸5與軸承的配合沿圓周方向均勻安裝于靜葉輪轂1及靜葉機匣2之間；當(dāng)分流小葉4繞其旋轉(zhuǎn)軸5偏轉(zhuǎn)0度時，分流小葉4的壓力面與靜子葉片3的吸力面之間的距離處處相等。所述分流小葉4繞其旋轉(zhuǎn)軸5的偏轉(zhuǎn)角在0-10度內(nèi)。負(fù)角度偏轉(zhuǎn)會擴大靜子葉片吸力面處的流動分離，正角度過大會引起流道堵塞，正角度過小會使抑制流動分離的效果不明顯。所述分流小葉4的內(nèi)、外側(cè)面分別與靜葉輪轂1、靜葉機匣2的內(nèi)壁形狀相適配，且分流小葉4與靜葉輪轂1、靜葉機匣2之間均有轉(zhuǎn)動間隙；所述分流小葉4的弦長為靜子葉片3的10％，分流小葉4的葉高與靜子葉片3相同；所述旋轉(zhuǎn)軸5的直徑為小葉弦長的50％；所述分流小葉4距靜子葉片3吸力面的距離為靜子葉片3柵距的10％；所述旋轉(zhuǎn)軸5的內(nèi)端上安裝有調(diào)節(jié)分流小葉4偏轉(zhuǎn)角度的調(diào)整桿，調(diào)整桿與旋轉(zhuǎn)軸5成90°夾角并伸出至靜葉機匣2外。分流小葉4在渦輪靜子中的軸向位置由其控制的渦輪葉型可能出現(xiàn)大尺度分離位置決定，一般為靜子葉片3吸力面發(fā)生倒流處。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。本實施例中，渦輪靜子葉片3葉型為T106A型，分流小葉4的軸向位置位于靜子葉片3軸向弦長55％處，分流小葉4的中弧線中點連線距渦輪靜子葉片3吸力面的距離為15mm。本實施例中，渦輪靜子葉片3的具體參數(shù)見表1：表1參數(shù)數(shù)值弦長198mm軸向弦長170mm安裝角30.7°柵距208mm(高載荷工況)柵距/弦長1.05(高載荷工況)葉高375mm(全)進(jìn)氣角37.7°出氣角62.4°本實施例中，分流小葉4的具體參數(shù)見表2：表2參數(shù)數(shù)值弦長29.7mm軸向弦長23.7mm安裝角37.5°柵距208mm(高載荷工況)葉高375mm(全)其中渦輪靜子葉片3、分流小葉4的葉高均為T106A葉片全葉高，且平面葉柵的計算可以說與葉高無關(guān)，但是具體應(yīng)用中葉高可以做出適當(dāng)修改。。分流小葉4的葉高與靜子葉片3的葉高相同，但在具體應(yīng)用時，分流小葉4可以結(jié)合工況、控制效果調(diào)整葉高使用，也就是說用于同樣的渦輪葉片，小葉葉高可以為渦輪葉高的100％、75％、50％、25％等。本發(fā)明的具體實施方式如下：首先選取傳統(tǒng)的可能在高負(fù)荷或變工況條件下發(fā)生大尺度吸力面流動分離的渦輪靜子葉片3，在其近吸力面處可調(diào)偏轉(zhuǎn)角的分流小葉4。在渦輪葉片正常工作時保持分流小葉4的壓力面與靜子葉片3的吸力面之間的距離處處相等，即0度偏轉(zhuǎn)角位置。在渦輪靜子葉片3由于工況改變將要發(fā)生吸力面大尺度流動分離時，增大分流小葉4的偏轉(zhuǎn)角，使分流小葉4的尾緣靠近靜子葉片3吸力面，分流小葉4的前緣遠(yuǎn)離靜子葉片3吸力面；分流小葉4的壓力面與靜子葉片3的吸力面形成局部收縮流道，實現(xiàn)對靜子葉片3吸力面流體的局部增壓，實現(xiàn)對流動分離的抑制。本發(fā)明提出了一種主動控制渦輪靜子葉片吸力面流動分離的方法，進(jìn)一步挖掘了航空發(fā)動機渦輪靜子的優(yōu)化設(shè)計潛力，提出了設(shè)置有可調(diào)偏轉(zhuǎn)角分流小葉的主控結(jié)構(gòu)，在對渦輪單級靜子性能沒有明顯影響的情況下，提高渦輪的性能和穩(wěn)定工作域度，適用于多種結(jié)構(gòu)類型的渦輪靜子葉片。本發(fā)明在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)設(shè)計精度、造價、裝備難度等靈活選取所述的分流小葉的結(jié)構(gòu)位置與偏轉(zhuǎn)角度。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3