一種前后級靜子自適應吹吸氣的多級軸流壓氣機的制作方法

本發明涉及多級軸流壓氣機領域，尤其涉及一種前后級靜子自適應吹吸氣的多級軸流壓氣機。

背景技術：

壓氣機是航空燃氣渦輪發動機的核心組成部件，由多級轉子和靜子順序交錯排列組成，其功用是提高氣體壓升。

在壓氣機內部的流動中，大的逆壓梯度所造成的葉片及端壁角區二次流是一種固有且復雜的流動現象，因此產生的損失是壓氣機內部流動的主要損失源；三維角區分離/失速所造成的流動擁堵使得壓氣機性能急劇下降，對壓氣機的壓比、效率、裕度等性能有著至關重要的影響；現代航空發動機的發展對壓氣機性能提出了更高要求，尤其是單級負荷需求的增大以及更寬的有效工作范圍；然而隨著壓氣機負荷的增大，三維角區分離程度急劇增大，有效工作攻角范圍急劇縮減；通過引入合理流動控制手段，改善流場結構，是現代高性能壓氣機發展的重要方向。

經過幾十年的研究，眾多科研工作者們已經對壓氣機三維角區流動機理有了較深的認識，但是由于其流動結構的復雜性，以及實驗測量、數值模擬的局限性、可靠性，目前還未能很好地根據已有機理研究結果實現壓氣機三維角區分離流動的準確預測及可靠控制；對壓氣機三維角區分離流動機理、流動預測以及流動控制的研究，始終是高性能壓氣機設計所關注的重點問題。

目前，針對壓氣機靜葉角區分離與失速的流動控制技術，從是否額外引入能量，主要可以分為主動控制技術和被動控制技術兩大類：主動控制技術主要有等離子體激勵，附面層吹吸技術、合成射流等；被動控制技術主要有旋渦發生器、翼刀、端壁造型等；主動控制技術中附面層抽吸技術具有適應范圍廣，收益明顯的特點，但需要額外引入能量，不易于工程實現；現有的傳統被動控制技術，不具有自適應性，有效工作的工況范圍往往有限，未能解決工程上下一代高負荷壓氣機角區分離的問題。

研究手段的進步使得現代研究者們對壓氣機內部流動機理及性能特征的認識逐漸提升，其設計思路也對應發生了重大變化；壓氣機的研究出現了由局部單排甚至單個葉片/葉型的研究向全局多排葉片研究的轉變，由孤立關注單排葉片設計工況性能到關注全局匹配后有效工況及性能特點的轉變；因此，充分利用壓氣機不同葉排間的流動特點，實現不同葉排間的自適應流場調控，是改善壓氣機流場結構，提升新一代高負荷壓氣機性能的一大策略。

技術實現要素：

(一)待解決的技術問題

本發明的目的在于，提供一種前后級靜子自適應吹吸氣的多級軸流壓氣機，在后面級靜子葉片端壁及葉片吸力面布置有組合抽吸槽，在前面級靜子葉片吸力面端區布置有切向射流槽，并將兩者通過布置在機匣內的引氣管連接起來；在不同流動工況下，利用多級壓氣機逐級加壓的特點，靠自身壓差形成自適應的抽吸、射流，解決傳統附面層抽吸、射流控制所需要額外引入能量問題，將主動控制化為被動控制；在非設計工況，后面級靜子角區抽吸量與前面級靜子角區射流流量可通過抽吸槽、射流槽當地的壓力實現自適應調節，在改善多級壓氣機靜子端區三維角區分離的同時，避免了失速等的過早發生，拓寬了壓氣機的有效工作工況范圍。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種前后級靜子自適應吹吸氣的多級軸流壓氣機，包括前面級靜子葉片、轉子葉片、后面級靜子葉片、機匣及位于機匣內部的引氣管結構，所述前面級靜子葉片固定在機匣沿來流方向的上游并帶有射流槽結構；所述轉子葉片位于前面級靜子葉片下游，其與機匣間具有葉頂間隙；所述后面級靜子葉片位于轉子葉片下游，并帶有抽吸槽結構；所述后面級靜子葉片的抽吸槽與所述前面級靜子葉片的射流槽間通過位于機匣內部的引氣管相聯通。

其中，所述前面級靜子葉片與所述后面級靜子葉片間的轉子葉片排可以有一個或者多個。

其中，所述機匣內部的引氣管嚴格密封且具有環向陣列結構，其數目等同于前面級靜子葉片的數目。

其中，所述后面級靜子葉片機匣側、輪轂側吸力面均沿展向布置有多個抽吸槽，每個抽吸槽的寬度為葉片弦長的2％，高度不超過葉片展向高度的20％，所述后面級靜子葉片機匣端壁、輪轂端壁在靠近吸力面側沿流向自25％軸向弦長自尾緣處布置有單個抽吸槽，槽寬為2％到5％倍的葉片弦長值。

其中，所述后面級靜子葉片輪轂側端壁抽吸槽由輪轂側端壁抽吸槽導管i、輪轂側端壁抽吸槽導管ii分別與后面級靜子葉片內部氣流導管i、后面級靜子葉片內部氣流導管ii連接；所述后面級靜子葉片輪轂側吸力面抽吸槽由輪轂側吸力面抽吸槽導管i、輪轂側吸力面抽吸槽導管ii分別與后面級靜子葉片內部氣流導管i、后面級靜子葉片內部氣流導管ii連接；所述后面級靜子葉片機匣側端壁抽吸槽由機匣側端壁抽吸槽導管i、機匣側端壁抽吸槽導管ii分別與后面級靜子葉片內部氣流導管i、后面級靜子葉片內部氣流導管ii連接；所述后面級靜子葉片機匣側吸力面抽吸槽由機匣側吸力面抽吸槽導管i、機匣側吸力面抽吸槽導管ii分別與后面級靜子葉片內部氣流導管i、后面級靜子內部氣流導管ii連接。

其中，所述后面級靜子葉片內部氣流導管i、后面級靜子葉片內部氣流導管ii連通位于機匣中的抽吸氣體穩壓腔；所述穩壓腔為全環通腔結構，且連接有主引氣管；所述主引氣管通過所述引氣支管分流隔分為引氣支管i、引氣支管ii，分別與前面級靜子葉片機匣側射流槽、前面級靜子葉片輪轂側射流槽連接。

其中，所述前面級靜子葉片機匣側射流槽位于前面級靜子葉片機匣側端區，展向起始位置為前面級靜子葉片吸力面與機匣端壁交接處，展向高度不大于前面級靜子葉片全葉片高度的20％；所述前面級靜子葉片機匣側射流槽出口處沿流向與前面級靜子葉片吸力面采用大曲率圓弧光滑過渡，且流向起始位置位于前面級靜子葉片吸力面根部分離區(約25％軸向弦長)前；所述前面級靜子葉片機匣側射流槽出口處寬度與出口處用于和前面級靜子葉片吸力面過渡的圓弧半徑的比值不大于0.05，以滿足科恩達條件，形成自適應的附壁射流；所述前面級靜子葉片輪轂側射流槽位于前面級靜子葉片輪轂側端區，展向起始位置為前面級靜子葉片吸力面與輪轂端壁交接處，展向高度不大于前面級靜子葉片全葉片高度的20％；所述前面級靜子葉片輪轂側射流槽出口處沿流向與前面級靜子葉片吸力面采用大曲率圓弧光滑過渡，且流向起始位置位于前面級靜子葉片吸力面根部分離區(約25％軸向弦長)前；所述前面級靜子葉片輪轂側射流槽出口處寬度與出口處用于和前面級靜子葉片吸力面過渡的圓弧半徑的比值不大于0.05，以滿足科恩達效應條件，形成自適應的附壁射流。

(三)有益效果

本發明提供的多級軸流壓氣機，具有以下有益效果：

(1)設置前后級靜子吹吸氣的自循環多級軸流壓氣機，利用多級壓氣機逐級加壓的特點，通過前面級、后面級靜子葉片通道的壓差作用形成自適應的抽吸、射流，避免了傳統壓氣機靜子葉片三維角區流動主動控制中附面層抽吸控制、射流控制需要額外引入能量問題，將主動控制轉變為被動控制。

(2)設置前后級靜子吹吸氣的自循環多級軸流壓氣機，通過布置在機匣內的引氣管連接后面級靜子葉片抽吸氣體穩壓腔與前面級靜子葉片機匣側、輪轂側射流槽，使得后面級靜子葉片角區的抽吸量與前面級靜子葉片角區射流流量可通過抽吸槽、射流槽當地的壓力差實現自適應調節，在有效抑制多級壓氣機靜子端區三維角區分離流動的同時，避免了失速等的過早發生，拓寬了壓氣機的有效工作工況范圍，避免了傳統的針對單級靜子葉片設計的被動流動控制方法非全工況適用所導致的有效工作的工況范圍有限的問題。

附圖說明

圖1為一種前后級靜子自適應吹吸氣的多級軸流壓氣機的剖視圖；

圖2為圖1中a-a截面示意圖；

圖3為圖1中d-d或e-e截面示意圖；

圖4為圖1中b-b截面示意圖；

圖5為圖1中c-c截面示意圖；

圖中，1：轉子輪盤；2：后面級靜子葉片輪轂；3：后面級靜子葉片輪轂端壁抽吸槽；4：后面級靜子葉片尾緣；5：后面級靜子葉片輪轂側吸力面抽吸槽；6：后面級靜子葉片輪轂端壁；7：后面級靜子葉片內部氣流導管i；8：后面級靜子葉片內部氣流導管ii；9：后面級靜子葉片機匣側吸力面抽吸槽；10：后面級靜子葉片機匣端壁抽吸槽；11：抽吸氣體穩壓腔；12：機匣；13：主引氣管；14：后面級靜子葉片壓力面；15：后面級靜子葉片機匣端壁；16：后面級靜子葉片；17：后面級靜子葉片前緣；18：轉子葉片；19：引氣支管分流隔；20：引氣支管i；21：引氣支管ii；22：前面級靜子葉片機匣側端壁；23：前面級靜子葉片；24：前面級靜子葉片機匣側射流槽；25：前面級靜子葉片前緣；26：前面級靜子葉片輪轂側射流槽；27：前面級靜子葉片輪轂側端壁；28：前面級靜子葉片輪轂；29：前面級靜子葉片壓力面；30：前面級靜子葉片尾緣；31：后面級靜子葉片吸力面；32：前面級靜子葉片吸力面；33：后面級靜子葉片機匣側吸力面抽吸槽導管i；34：后面級靜子葉片機匣側吸力面抽吸槽導管ii；35：后面級靜子葉片輪轂側吸力面抽吸槽導管i；36：后面級靜子葉片輪轂側吸力面抽吸槽導管ii；37：后面級靜子葉片機匣側端壁抽吸槽導管i；38：后面級靜子葉片機匣側端壁面抽吸槽導管ii；39：后面級靜子葉片輪轂側端壁面抽吸槽導管i；40：后面級靜子葉片輪轂側端壁面抽吸槽導管ii。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

實施例1：

如圖1所示，本發明的多級軸流壓氣機，包括前面級靜子葉片23、轉子葉片18、后面級靜子葉片16、機匣12及位于機匣12內部的引氣管13，20，21結構；前面級靜子葉片23一側連接有機匣12，并具有機匣側端壁22，另一側連接有輪轂28，并具有輪轂側端壁27；轉子葉片18位于前面級靜子葉片23下游，通過轉子輪盤1與發動機軸連接，轉子葉片18與機匣12間具有葉頂間隙；后面級靜子葉片16位于轉子葉片18下游，其16一側與機匣12無縫連接，并具有機匣側端壁15，另一側連接有輪轂2，并具有輪轂側端壁6。

在前面級靜子葉片吸力面32側沿流向25％軸向弦長位置布置有前面級靜子葉片機匣側射流槽24和前面級靜子葉片輪轂側射流槽26，其截面幾何分別如圖4、圖5所示；射流槽24，25出口具有較小的槽道寬度，射流槽24，25出口與靜子葉片吸力面32間采用一定曲率的圓弧過渡，且射流槽24，25出口槽道寬度與過渡的圓弧半徑的比值不大于0.05，以保證槽道24，25出口的射流滿足科恩達條件，具有較好的附壁流動效果；引氣支管i20中的氣體在從前面級靜子葉片機匣側射流槽24出口流出前，在射流槽24中沿流向發展了一段距離，在射流槽24的導向作用下，沿切向出流；同樣，在前面級靜子葉片輪轂側射流槽26的導向作用下，來自引氣支管ii21的氣體在前面級靜子葉片輪轂側射流槽26出口處也具有切向出流的特性。

如圖3所示，在后面級靜子葉片的吸力面31機匣側端區、輪轂側端區及機匣端壁15、輪轂端壁6布置有組合抽吸槽結構；位于后面級靜子葉片機匣側吸力面抽吸槽9有多個，均位于后面級靜子葉片吸力面31機匣側角區，以一定的軸向弦長間隔均勻分布，其9寬度取為2％的靜子葉片16中徑處弦長，其9展向高度不超過靜子葉片16總高度的20％；位于后面級靜子葉片輪轂側吸力面抽吸槽5有多個，均位于后面級靜子葉片吸力面31輪轂側角區，以一定的軸向弦長間隔均勻分布，其寬度取為2％的葉片中徑處弦長，其展向高度不超過后面級靜子葉片總高度的20％；位于后面級靜子葉片機匣側吸力面的抽吸槽9與位于后面級靜子葉片輪轂側吸力面的抽吸槽5可具有不同的展向高度。在后面級靜子葉片機匣端壁15靠近后面級靜子葉片吸力面31處具有后面級靜子葉片機匣端壁抽吸槽10結構，抽吸槽10的寬度取為后面級靜子葉片16中徑處葉片弦長的2％，抽吸槽10的流向位置起始于角區分離點前(約25％軸向弦長位置之前)，終止于后面級靜子葉片尾緣4處；在后面級靜子葉片輪轂端壁6靠近后面級靜子葉片吸力面31處同樣具有后面級靜子葉片輪轂端壁抽吸槽3結構，抽吸槽3的寬度取為后面級靜子葉片16中徑處葉片弦長的2％，抽吸槽3的流向位置起始于角區分離點前(約25％軸向弦長位置之前)，終止于后面級靜子葉片尾緣4處。后面級靜子葉片機匣側吸力面抽吸槽9通過機匣側吸力面抽吸槽導管i33和機匣側吸力面抽吸槽導管ii34分別與后面級靜子葉片內部氣流導管i7、后面級靜子葉片內部氣流導管ii8連接；后面級靜子葉片輪轂側吸力面抽吸槽5通過輪轂側吸力面抽吸槽導管i35和輪轂側吸力面抽吸槽導管ii36分別與后面級靜子葉片內部氣流導管i7、后面級靜子葉片內部氣流導管ii8連接；后面級靜子葉片機匣端壁抽吸槽10通過機匣側端壁抽吸槽導管i37、機匣側端壁面抽吸槽導管ii38分別與后面級靜子葉片內部氣流導管i7、后面級靜子葉片內部氣流導管ii8連接；后面級靜子葉片輪轂端壁抽吸槽3通過輪轂側端壁抽吸槽導管i39、輪轂側端壁面抽吸槽導管ii40分別與后面級靜子葉片內部氣流導管i7、后面級靜子葉片內部氣流導管ii8連接；如圖1所示，后面級靜子葉片內部氣流導管i7、氣流導管ii8與機匣12內部的抽吸氣體穩壓腔11連接，如圖2所示，機匣12內部的抽吸氣體穩壓腔11為全環通腔結構。

如圖2所示，主引氣管13位于機匣12內部，用于連接后面級轉子抽吸氣體穩壓腔11和與前面級靜子機匣側射流槽24、輪轂側射流槽26相連的引氣支管20，21；引氣管13及引氣支管20，21嚴格密封且具有環向陣列結構，主引氣管13數目與前面級靜子葉片23的數目相等。如圖1所示，主引氣管13通過引氣支管分流隔19分為引氣支管i20和引氣支管ii21，分別與前面級靜子葉片機匣側射流槽24、前面級靜子葉片輪轂側射流槽26連接。

在多級軸流壓氣機工作時，來自于前面級靜子葉片23上游轉子出口的氣流作用于前面級靜子葉片23通道，通過葉片23擴壓與調整氣流方向后由轉子葉片18進一步增壓，從轉子葉片18通道流出后，流入后面級靜子葉片16通道。由于多級軸流壓氣機逐級增壓的特點，后面級葉片通道具有比前面級葉片通道更大的靜壓，因此在后面級靜子葉片16通道與前面級靜子葉片23通道壓差的作用下，位于后面級的抽吸氣體穩壓腔11具有比前面級的引氣支管20，21出口處更大的壓力。壓差的作用使得后面級靜子葉片機匣側吸力面抽吸槽9、輪轂側吸力面抽吸槽5，后面級靜子葉片機匣端壁抽吸槽10、輪轂端壁抽吸槽3吸入后面級靜子葉片16角區低能的附面層流體，進而抑制后面級靜子葉片16通道的三維角區分離流動，減弱因此造成的流動堵塞及損失，增大后面級靜子葉片16的擴壓能力。該部分高壓流體通過抽吸槽導管33-40進入后面級靜子葉片內部氣流導管7，8，匯聚到抽吸氣體穩壓腔11中，通過主引氣管13傳遞給連接前面級靜子葉片機匣側射流槽24的引氣支管i20、連接前面級靜子葉片輪轂側射流槽26的引氣支管ii21，并在射流槽24，26的導流作用下在前面級靜子葉片吸力面32的端區切向射出，吹除堆積在角區的低能流體，改善前面級靜子葉片23通道的流通能力，降低角區分離程度，減小總壓損失，提升前面級靜子葉片23的性能。在不同工況下，后面級靜子葉片16端區的抽吸量與前面級靜子葉片23端區的射流量可根據引氣管13與抽吸氣體穩壓腔11的壓力差進行自適應調節，具有廣闊的工況適應性。

實施例2：

本實施例與實施例1基本相同，所不同之處在于前面級靜子與后面級靜子間具有多個轉靜子級。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。