一種用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及航空發動機預旋冷卻系統技術領域，具體涉及一種用于預旋冷卻系統 的氣動孔型預旋噴嘴。
【背景技術】
[0002] 目前，航空發動機渦輪前溫度日益提高，而現有的葉片冷卻技術卻存在著明顯的 局限性。預旋系統作為向發動機轉子葉片提供適宜壓力、溫度和流量冷卻氣體的部件系統， 因具有巨大的降溫潛力而成為近年來國內外發動機空氣系統領域的研究熱點。好的預旋系 統設計可使供氣溫度降低100K以上，因此，預旋系統已成為近年來國內外發動機空氣系統 領域的研究熱點。
[0003] 預旋降溫的主要原理是通過預旋噴嘴加速氣流并形成較大的周向速度分量，降低 氣流靜溫和與轉盤間的相對速度，從而達到降低氣流相對總溫的目的。隨著人們對預旋系 統的深入研究，發現預旋噴嘴在系統降溫中起著至關重要的作用，其性能優劣直接關系到 預旋系統的溫降效果。
[0004] 目前設計在用的預旋噴嘴多為直圓孔型噴嘴，對于這種直圓孔型噴嘴，國內外進 行了大量的數值與實驗研究，探索直圓孔型噴嘴的流動特性，結果表明，這種噴嘴由于在孔 入口處流速較快，氣流偏轉角度較大，導致流動損失大，加速和偏轉性能較差，降溫效果并 不理想。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴，以解決或至少 減輕技術背景中所存在的至少一處的問題。
[0006] 本發明采用的技術方案是：提供一種用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴，用 于預旋系統中向發動機轉子葉片提供適宜壓力、溫度和流量的冷卻氣體，所述用于預旋冷 卻系統的氣動孔型預旋噴嘴包含入口段、收縮段及出口段，其中，所述入口段、收縮段及出 口段的軸線重合，所述入口段垂直于軸線的截面積大于所述出口段垂直于軸線的截面積， 氣流從所述入口段進入，經過收縮段加速后從出口段噴出。
[0007] 優選地，所述入口段與出口段垂直于所述軸線的截面為橢圓形，所述收縮段為圓 臺段，所述入口段設置在所述收縮段的大端，所述入口段垂直于所述軸線的截面自遠離所 述收縮段向靠近所述收縮段的方向從橢圓形過渡為圓形，所述出口段設置在所述收縮段的 小端，所述出口段垂直于所述軸線的截面自靠近所述收縮段向遠離所述收縮段的方向從圓 形過渡為橢圓形。
[0008] 優選地，所述入口段的入口面積與出口段的出口面積比值為2~4。
[0009] 優選地，所述入口段的軸線與其設置面的傾斜角度為15~30度。
[0010] 優選地，所述擴口段的擴口直徑為4mm~20mm。
[0011] 優選地，所述收縮段的錐角為30度~60度。
[0012] 本發明的有益效果在于：
[0013] 本發明提出的一種用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴，所述入口段垂直于軸 線的截面積大于所述出口段垂直于軸線的截面積，入口氣流速度會降低，氣流偏轉產生的 損失會降低，氣流再通過收縮段進行加速，這樣可以有效保證噴嘴的加速和偏轉性能，使主 流流動損失較小。而且可以通過改變不同的入口段垂直于軸線的截面積與出口段垂直于軸 線的截面積的面積比，獲得不同的預旋效果。
[0014] 同時，由于直孔在孔進口處由于氣流偏轉角度較大，存在明顯的分離區，形成較大 的速度梯度;而本發明的入口段由于進口面積擴大，在進口處氣流偏轉角度減小，氣流基本 沒有分離且能較均勻地充滿預旋孔。氣流經過中間收縮段加速后，從氣流出口段噴出出氣 速度要明顯高于直孔，并且速度梯度也明顯的小于直孔，出氣更均勻。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明一實施例的用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴的示意圖。
[0016] 圖2是圖1所示的用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴的單個噴嘴放大示意圖。
[0017] 圖3是圖1所示的用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴的單個噴嘴的另一示意 圖。
[0018] 圖4是圖1所示的用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴的入口段的軸向示意圖。
[0019] 圖5是圖1所示的用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴的出口段的軸向示意圖。
[0020] 其中，1-入口段，2_收縮段，3_出口段，5_噴嘴環。
【具體實施方式】
[0021] 為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中 的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類 似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明 一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用 于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人 員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下 面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[0022] 在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底" "內"、"外"等指示的方位或位置關系為基于附圖所 示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝 置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護 范圍的限制。
[0023] 如圖1至圖5所示，一種用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴，用于預旋系統中 向發動機轉子葉片提供適宜壓力、溫度和流量的冷卻氣體，所述用于預旋冷卻系統的氣動 孔型預旋噴嘴包含入口段1、收縮段2及出口段3,其中，所述入口段1、收縮段2及出口段3的 軸線重合，所述入口段1垂直于軸線的截面積大于所述出口段3垂直于軸線的截面積，氣流 從所述入口段1進入，經過收縮段2加速后從出口段3噴出。
[0024] 本發明提出的一種用于預旋冷卻系統的氣動孔型預旋噴嘴，所述入口段1垂直于 軸線的截面積大于所述出口段3垂直于軸線的截面積，入口氣流速度會降低，氣流偏轉產生 的損失會降低，氣流再通過收縮段2進行加速，這樣可以有效保證噴嘴的加速和偏轉性能， 使主流流動損失較小。而且可以通過改變不同的入口段1垂直于軸線的截面積與出口段3垂 直于軸線的截面積的面積比，獲得不同的預旋效果。
[0025] 同時，由于直孔在孔進口處由于氣流偏轉角度較大，存在明顯的分離區，形成較大 的速度梯度;而本發明的入口段1由于進口面積擴大，在進口處氣流偏轉角度減小，氣流基 本沒有分離且能較均勻地充滿預旋孔。氣流經過中間收縮段2加速后，從氣流出口段3噴出 出氣速度要明顯高于直孔，并且速度梯度也明顯的小于直孔，出氣更均勻。
[0026] 在本實施例中，所述入口段1與出口段3垂直于所述軸線的截面為橢圓形，所述收 縮段2為圓臺段，所述入口段1設置在所述收縮段的大端，所述入口段1垂直于所述軸線的截 面自遠離所述收縮段向靠近所述收縮段的方向從橢圓形過渡為圓形，所述出口段3設置在 所述收縮段的小端，所述出口段