專利名稱：一種新型的圓弧斜槽處理機(jī)匣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)扇/壓氣機(jī)機(jī)匣處理裝置，在大幅度提高風(fēng)扇/壓氣機(jī)穩(wěn)定工 作裕度的同時(shí)，不損失風(fēng)扇/壓氣機(jī)效率。
背景技術(shù)：
在航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展過程中，壓氣機(jī)的不穩(wěn)定流動(dòng)，如失速、喘振等，極 大地限制了壓氣機(jī)性能的進(jìn)一步提升。為了能使壓氣機(jī)有較大的穩(wěn)定工作裕度，保證發(fā)動(dòng) 機(jī)的安全工作，設(shè)計(jì)者往往要以犧牲壓氣機(jī)的性能為代價(jià)，將壓氣機(jī)的工作點(diǎn)放在遠(yuǎn)離其 最佳效率點(diǎn)的位置。因此，拓寬壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者致力追求的 目標(biāo)。為了提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，風(fēng)扇/壓氣機(jī)設(shè)計(jì)者提出了多種形式的機(jī)匣處 理形式。圖1-圖2給出了三種典型的處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)形式。如圖1所示，軸向槽結(jié)構(gòu)處理機(jī)匣是在機(jī)匣上沿壓氣機(jī)的軸向開槽，其槽深方向 與壓氣機(jī)的徑向成一定夾角。當(dāng)槽深方向?qū)?zhǔn)來流方向時(shí)，無論來流是均勻流或發(fā)生進(jìn)口 畸變，失速裕度都有較大改善。如圖2所示，葉片弦向槽處理機(jī)匣是在機(jī)匣上沿葉尖基元的弦向開槽，槽深方向 也可以有不同的夾角，并且可以通過氣室連通所有弦向槽。這些處理機(jī)匣能大幅度提高風(fēng)扇/壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作裕度，但是同時(shí)又大大降低 了風(fēng)扇/壓氣機(jī)的效率，這就制約了這些處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)形式在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)中的廣泛應(yīng)用。近些年開發(fā)的圓弧斜槽處理機(jī)匣(如圖3所示)在風(fēng)扇/壓氣機(jī)穩(wěn)定工作裕度和 效率之間做了很好的兼顧，但仍然會(huì)對(duì)效率有些影響。經(jīng)過大量的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析，發(fā) 現(xiàn)處理槽內(nèi)部流動(dòng)損失是影響效率的重要因素之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的圓弧斜槽處理機(jī)匣裝置，其特征是槽 內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)子午面徑向投影線采用非正交的光滑曲線。當(dāng)風(fēng)扇/壓氣機(jī)加裝該處理機(jī)匣 后，在大幅度提高其穩(wěn)定工作裕度的同時(shí)，能保證效率基本不降低。本發(fā)明提供的圓弧斜槽處理機(jī)匣在原有圓弧斜槽處理機(jī)匣基礎(chǔ)上，改進(jìn)了處理槽 內(nèi)部的設(shè)計(jì)。原有的圓弧斜槽處理機(jī)匣都采用直線正交設(shè)計(jì)，如圖3所示，即投影線E和F 為直線，并且投影角度β =90° γ =90°。本發(fā)明提出兩種修改方案1)投影線E和F仍然保持直線，取消正交設(shè)計(jì)，使得20° < β < 90°20° < γ <90°結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。圖5為該結(jié)構(gòu)圓弧斜槽處理機(jī)匣環(huán)實(shí)物圖。圖6為該結(jié) 構(gòu)圓弧斜槽處理機(jī)匣與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的裝配圖。2)投影線E和F為任意光滑曲線，如圓弧線，樣條曲線等。結(jié)構(gòu)如圖7所示。
圓弧斜槽處理機(jī)匣其他參數(shù)的確定如下，參數(shù)示意圖見圖8。(1)處理槽數(shù)目N處理槽的數(shù)目N是轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)和葉尖切向速度的函數(shù)N = f(n, Ζ, UTip) = a · (η · Z)k · (500/UTip)b其中，η為轉(zhuǎn)速RPM，Z為葉片數(shù)目，UTip為葉尖切向速度m/s，a、k、b為系數(shù)。確定 如下跨音壓氣機(jī)a= 1. 313，k = 0. 34，b = 1/3亞音壓氣機(jī)a= 1. 100，k = 0. 355，b = 1/3(2)處理槽搭接量入iΛ=γ轉(zhuǎn)子葉尖軸向弦長為L，處理機(jī)匣進(jìn)口(下游)與轉(zhuǎn)子葉尖前緣軸向距離為U。X1 =10% 100%(3)處理槽前伸量λ 2A2轉(zhuǎn)子葉尖軸向弦長為L，處理機(jī)匣出口(上游)與轉(zhuǎn)子葉尖前緣軸向距離為L2。λ2 =20% 80%(4)處理槽徑向斜角αα =35° 60°(5)處理槽深度hh = hslot/Atip其中，hsl。t為處理槽的實(shí)際深度，Atip為轉(zhuǎn)子葉尖間隙h = 5 15(6)處理槽的敞開比Km
r ，π · Cosa
_4]、二^^Km = 0. 3 0. 7其中，B為處理槽法向?qū)挾龋珼為處理機(jī)匣外直徑，α為處理槽徑向斜角，N為處理 槽數(shù)目。(7)處理槽進(jìn)出口軸向角度處理槽進(jìn)口與轉(zhuǎn)子葉尖葉片弦向的夾角Φ1(逆時(shí)針為正方向)，Ct1 = _30° 30°處理槽出口與軸向的夾角Φ2 (逆時(shí)針為正方向)，Φ2 = -30° 30°(8)處理槽中弧線半徑R處理槽中弧線在進(jìn)出口切向角度保證Φ,Π Φ2，整個(gè)中弧線采用圓弧線，半徑R即
可確定。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的軸向斜槽處理機(jī)匣剖面示意圖，(a)、(b)、(c)分別為主視圖、俯 視圖和側(cè)視圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的葉片弦向槽處理機(jī)匣剖面示意圖，(a)、(b)、(c)分別為主視圖、
4俯視圖和側(cè)視圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)圓弧斜槽處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)形式示意圖，(a)為主視圖，(b)為A-A剖 面圖，(c)為B向視圖；圖4為本發(fā)明所述的第一種新型圓弧斜槽處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)形式示意圖，(a)為主視 圖，(b)為A-A剖面圖，(c)為B向視圖；圖5為本發(fā)明所述的第一種新型圓弧斜槽處理機(jī)匣環(huán)實(shí)物圖；圖6為本發(fā)明所述的第一種新型圓弧斜槽處理機(jī)匣與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的裝配圖；圖7為本發(fā)明所述的第二種新型圓弧斜槽處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)形式示意圖，(a)為主視 圖，(b)為A-A剖面圖，(c)為B向視圖8為本發(fā)明所述圓弧斜槽處理機(jī)匣參數(shù)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體實(shí)施是在風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉尖機(jī)匣進(jìn)行機(jī)匣處理。對(duì)于圖4或圖7中的 處理機(jī)匣氣室，可視具體情況選擇加工或不加工。下邊就以一臺(tái)跨音壓氣機(jī)為例說明本發(fā) 明所述的新型圓弧斜槽處理機(jī)匣的實(shí)施過程。針對(duì)某單級(jí)壓比2. 2的高性能跨音風(fēng)扇(結(jié)構(gòu)及氣動(dòng)參數(shù)如表1所示)，新型圓 弧斜槽處理機(jī)匣的參數(shù)確定如下。表1某單級(jí)跨音風(fēng)扇的有關(guān)結(jié)構(gòu)及氣動(dòng)參數(shù) (1)處理槽數(shù)目N跨音壓氣機(jī)α = 1. 313，k = 0. 34，β = 1/3，并且，轉(zhuǎn)速η = 21500RPM、葉片數(shù)目 Z = 14，葉尖切向速度UTip = 495. 32m/s，因此，處理槽的數(shù)目N = 96。(2)處理槽搭接量入iλ工=50%，從而，處理機(jī)匣進(jìn)口與轉(zhuǎn)子葉尖前緣距離為L1 = 30. 6mm。(3)處理槽前伸量λ 2A2 = 50%，從而，處理機(jī)匣出口與轉(zhuǎn)子葉尖前緣距離為L2 = 30.6mm。(4)處理槽徑向斜角αα =45° 。(5)處理槽深度hh = 10，從而，處理槽的實(shí)際深度hsl。t = 10匪。(6)處理槽的敞開比KmKm = 0. 5，從而，處理槽的法向?qū)挾菳 = 5. 3讓。
(7)處理槽進(jìn)出口軸向角度(J)1 = O0Φ2 = 0°(8)處理槽中弧線半徑R處理槽中弧線在進(jìn)出口切向角度保證Ct1和Φ2，中弧線采用圓弧線半徑，處理槽 中弧線半徑R = 64. 3mm。(9)槽內(nèi)部設(shè)計(jì)子午面徑向投影線采用非正交直線，β = 45°，γ = 45°。最終，新型圓弧斜槽處理機(jī)匣的設(shè)計(jì)方案如表2所示。表2新型圓弧斜槽處理機(jī)匣的設(shè)計(jì)方案
權(quán)利要求
一種風(fēng)扇/壓氣機(jī)圓弧斜槽處理機(jī)匣結(jié)構(gòu)，其特征是槽內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)子午面徑向投影線采用非正交的光滑曲線。
2.按照權(quán)利要求1所述的處理機(jī)匣設(shè)計(jì)方法，其特征在于圓弧斜槽處理機(jī)匣的子午面 徑向投影線采用非正交的直線。
3.按照權(quán)利要求1所述的處理機(jī)匣設(shè)計(jì)方法，其特征在于圓弧斜槽處理機(jī)匣的子午面 徑向投影線采用光滑曲線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)扇/壓氣機(jī)機(jī)匣處理裝置，在圓弧斜槽處理機(jī)匣內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，子午面徑向投影線采用非正交的光滑曲線，從而降低了處理機(jī)匣內(nèi)部流動(dòng)損失，提高了風(fēng)扇/壓氣機(jī)效率。
文檔編號(hào)F04D29/40GK101900134SQ20101017616
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者脫偉, 袁巍, 陸亞鈞 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)