[发明专利]一种轴流压气机端壁附面层流动调控结构

说明书

本发明公开了一种轴流压气机端壁附面层流动调控结构，仅在压气机端壁的进口段和出口段上设置凸起的进口段刀纹、出口段刀纹，通过进口段刀纹阻止马蹄涡压力面分支向相邻叶片的发展，阻断端壁近壁面附面层的增厚及横向涡的发展，通过出口段刀纹降低叶栅气流通道近出口段的横向压力梯度，降低附面层内的横向二次流动，削弱端壁与叶片吸力面相交处的角区涡，在降低二次流的同时，不会在中间弦长处造成流动损失，从而可有效提高压气机效率，扩大稳定工作范围；刀纹的波峰与波谷之间由铣刀加工成型，圆滑过渡，且符合压气机叶型铣削加工特点，对压气机端壁的轴对称结构破坏少，对叶片结构没有影响，加工方便，可用于压气机静子和转子，适用范围宽。

技术领域

本发明属于轴流压气机领域，涉及一种用于轴流压气机附面层流动调控的端壁结构，具体涉及应用于燃气涡轮发动机用轴流压气机，通过减弱端壁附面层内部横向流动从而降低附面层流动损失、减小端壁角区分离以提高压气机性能和稳定工作范围的非连续刀纹结构。

背景技术

压气机是燃气涡轮发动机的三大部件之一，其性能的优劣对发动机的稳定工作和性能水平具有至关重要的影响。随着发动机技术的发展，压气机的级负荷越来越高。压气机级负荷的提高使得流道内的逆压力梯度和横向压力梯度显著增大。前者使压气机叶片更易发生二维叶型流动分离；后者增强了二次流动，由此导致的复杂端区流动现象给压气机性能带来了不利影响。在二次流动的强化作用下，角区分离(发生于压气机叶片吸力面与端壁角区的低能流体回流、聚集现象)引起的流动损失显著增加，是制约高负荷压气机发展的主要因素之一。

为了降低横向压力梯度以降低横向二次流动，进而减小端壁角区分离而提高高负荷压气机性能，研究人员提出了多种控制压气机叶栅流道内横向二次流动的方法，其中具有代表性的是压气机端壁非轴对称、端壁翼刀和端壁凹槽结构。在压气机端壁上设置翼刀和凹槽结构，其原理是通过阻断横向二次流动和流体的径向迁移，可有效减小端壁角区分离，降低压气机叶栅流动损失，但其结构与加工工艺契合度较低，不利于工艺实现。将压气机端壁设置为非轴对称结构，是通过改变常规的压气机端壁轴对称几何结构，代之以具有局部凹凸结构的非轴对称曲面。这种几何结构改变了压气机端壁附近的流场静压分布，能够降低二次流动损失和削弱静子角区分离，从而提高压气机的效率；然而非轴对称端壁结构没有实际的可控几何参数，且非轴对称端壁结构对轮毂的周向平衡影响较大，在压气机转子中的应用受到限制。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，为有效降低压气机叶栅通道内的横向压力梯度以降低横向二次流动，减小压气机端壁角区分离以提高高负荷压气机性能，并尽可能降低对压气机端壁轴对称结构的破坏而保持良好的周向平衡，本发明旨在提供一种轴流压气机端壁附面层流动调控结构，通过在压气机端壁上设置非连续刀纹结构，减弱端壁附面层内部横向流动从而降低附面层流动损失、减小角区分离以提高压气机性能和稳定工作范围。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种轴流压气机端壁附面层流动调控结构，包括压气机端壁以及沿周向均匀固定设置在所述压气机端壁上的多个压气机叶片，相邻两所述压气机叶片之间形成叶栅气流通道，其特征在于，

每一所述叶栅气流通道中，在压气机端壁的进口段上沿周向布设有若干均沿流线方向延伸的进口段刀纹，并在压气机端壁的出口段上沿周向布设有若干均沿流线方向延伸的出口段刀纹，各所述进口段刀纹、出口段刀纹在流线方向上为非连续设置，且各所述进口段刀纹、出口段刀纹均由铣刀在压气机端壁上直接加工成形。

本发明的轴流压气机端壁附面层流动调控结构中，所述进口段刀纹的主要作用是阻止马蹄涡压力面分支向相邻叶片的发展，从而阻断端壁近壁面附面层的增厚及横向涡的发展；所述出口段刀纹的主要作用是降低叶栅气流通道近出口段的横向压力梯度，降低附面层内的横向二次流动，削弱压气机端壁与叶片吸力面相交处的角区涡。通过在各叶栅气流通道中的压气机端壁上设置非连续的进口段刀纹、出口段刀纹，在降低二次流的同时，不会在中间弦长处造成流动损失，从而使得本发明可有效提高轴流压气机效率，扩大稳定工作范围。