[发明专利]一种改善全周流场的轴流压气机

说明书

本发明创造提供了一种改善全周流场的轴流压气机，在静子的全周静叶中，大攻角叶片与小攻角叶片交替排列。各叶片间流道间隙均相同。在静子的全周静叶片中，原型叶片与改型叶片交替排列，原型叶片与相邻两改型叶片间隙均相同，且改型叶片的攻角小于原型叶片的攻角。本发明提供的轴流压气机通过将原型静子中原型叶片部分或全部替换成可抑制吸力面角区分离的改型叶片，从而改善全周流场结构，提高通流能力。此结构既可以保证在原有静子叶型能运行的工况下稳定运行，同时，可以大大改善近失速工况时的流场结构，以及减小甚至消除吸力面角区的流动分离范围。

技术领域

本发明创造属于航空发动机设计研究技术领域，尤其是涉及一种改善全周流场的轴流压气机。

背景技术

压气机为当代航空发动机的三大核心部件之一，其中轴流式压气机在大型航空发动机中应用广泛。为了满足当代航空发动机要求的高性能的要求，势必要提高压气机抗负荷能力、效率和稳定裕度。常规的轴流压气机的静子是由同一叶型的叶片以一定稠度旋转一周排列的，当来流均匀时，每片静叶的来流攻角是近似的，每个静叶流道内的流动状态接近。在压气机处于高负荷运转状态时，由于逆压梯度大，静子叶片角区极易发生流动分离而堵塞流道，这种堵塞流道的情况发生在全周流道中，这会使得发动机性能下降，甚至导致发动机旋转失速和喘振。因此，提高压气机抗负荷能力和稳定性对于发动机的正常稳定的运行有重大的实际意义。

现有研究表明，静叶流道中发生分离的区域主要存在于上下两个角区，且由于动叶高速旋转以及动叶叶顶间隙的影响，静叶流道中上角区分离往往强于下角区，上角区容易出现范围较大的流动分离，严重影响主流流动。虽然现有技术中存在针对改变静叶叶型来改善流场进行的研究，但研究方向主要是非轴对称分布静叶轴流式压气机，这种现有技术的原理是通过将畸变区内的原始静叶更换为可抑制流动分离的改型静叶或者增加此区域内叶栅稠度，来降低甚至消除受畸变影响区域内的静叶吸力面分离，提高局部畸变状态下的压气机的通流能力。这种非轴对称分布静叶轴流式压气机主要针对的是来流不均匀，局部存在畸变的情况下。

但是，局部畸变位置需要根据实际情况预测，在实际应用中，畸变区域可能会发生改变；并且，当处于压气机中间级及以后的时候，经过前几级的导流，周向上气流分布已较为均匀，局部静叶改型的方案已不再适用。因此，上述非轴对称分布静叶轴流式压气机的应用存在局限性，无法全时保证对压气机性能优化。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种改善全周流场的轴流压气机。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种改善全周流场的轴流压气机，在静子的全周静叶中，大攻角叶片与小攻角叶片交替排列。

进一步，各叶片间流道间隙均相同。

进一步，在静子的全周静叶片中，原型叶片与改型叶片交替排列，原型叶片与相邻两改型叶片间隙均相同，且改型叶片的攻角小于原型叶片的攻角。

进一步，所述改型叶片采用叶顶前掠型叶片、或者采用更改原型叶片弦长的改型叶片。

进一步，各改型叶采用更改叶顶进口几何角、并同时改变叶根进口几何角的方式进行改型。

进一步，各叶片均采用改型静叶片。

进一步，各改型静叶片均采用叶顶前掠型叶片、或者均采用更改原型叶片弦长的改型叶片。

进一步，各改型静叶采用更改叶顶进口几何角、并同时改变叶根进口几何角的方式进行改型。

一种改善轴流压气机全周流场的方法，利用进口几何角小的改型叶片，间隔替换原静子中的原型静叶片；或者，

将原静子中的原型静叶片全部替换为改型静叶片，并保证各改型静叶片的进口几何角均小于原型静叶片，同时，改型静叶片中大攻角静叶片与小攻角静叶片交替布置。