[发明专利]一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的静子叶片

说明书

本发明一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的静子叶片，属于叶轮领域；所述静子叶片内部设置有流道，所述流道包括叶片前缘进气孔、叶顶喷气孔和内部腔体，由叶片前缘进气孔吸入的来流气流通过叶片内部腔体流至叶顶喷气孔处，并从叶顶喷气孔处喷向静子叶尖间隙。本发明以叶片前缘进气孔、内部腔体和叶顶喷气孔形成流道，构成自引气和自适应叶顶喷气的静叶结构，可实现抑制叶尖泄漏流的被动控制。与传统喷气技术相比，本发明不需要附加外部喷气设备，具有自引气的特点，在结构上有简单、轻质的技术优势；与带冠叶片等叶尖造型叶片相比，无需增加端区质量；叶顶喷气能够有效抑制叶尖泄漏流，减小叶尖泄漏流流量。

技术领域

本发明属于叶轮领域，具体涉及一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的静子叶片，适用于航空发动机。

背景技术

叶轮机械中的叶尖间隙是为避免叶片和机匣或者轮毂壁面的摩擦碰撞而引入的，而在叶尖基元叶片压力面和吸力面两侧的压差作用下，部分流体翻过叶尖间隙形成叶尖泄漏流，在与主流速度的合成作用下，这种泄漏流动通常以泄漏涡的形式存在于叶尖区域，它是一种复杂的三维粘性流动。对航空发动机而言，叶尖泄漏流带来的影响主要体现为产生泄漏损失和堵塞——对压气机而言，叶尖泄漏流会降低其效率，降低其压升能力和缩小其稳定工作范围；对涡轮而言，叶尖泄漏流主要影响涡轮效率的降低，且高温泄漏流会使叶顶承受极高的热负荷。且随着叶尖间隙尺寸的增加，叶尖泄漏流的强度增强，造成的负面效应也随之增强。而叶尖间隙无法完全取消，其最小尺寸由叶片尺寸、转速和材料等因素限制，故叶尖泄漏流造成的负面效应长期影响着航空发动机的性能和效益。随着航空发动机向高推重比、高性能发展，对叶尖间隙损失和叶尖泄漏流的控制就显得越来越重要了。

为解决上述问题，国内外对此进行了大量探索研究，目前关于控制叶尖泄漏流及其损失的方法主要有：传统机匣处理、叶尖机匣喷气、主动叶顶喷气、主动叶顶抽吸、带冠叶片及篦齿封严、肋条叶片和叶尖小翼。传统机匣处理主要是指在机匣上布置一些特殊的结构(如槽和缝)，来降低由叶尖泄漏流和环壁附面层等引起的通道堵塞，改善叶尖流动分布，从而起到提升压气机失速裕度的作用，但传统的机匣处理在提升压气机失速裕度的同时会降低压气机的效率；叶尖机匣喷气有主动控制和被动控制两种形式，其控制原理为通过喷气，降低叶顶载荷、抑制叶尖泄漏涡或非定常效应，起到扩稳效果，叶尖机匣喷气的作用规律和机理仍在探索中；主动叶顶喷气通过在叶尖间隙形成堵塞区域，减弱泄漏流从压力侧流向吸力侧的强度；主动叶顶抽吸通过直接减少泄漏流实际流量，达到控制泄漏的效果。而主动叶顶喷气和主动叶顶抽吸都需要安置附加装置，有结构复杂和降低发动机可靠性的缺点。带冠叶片、肋条叶片、叶尖小翼大都运用于涡轮叶片，通过改变叶片叶尖结构，控制叶尖区域流场，可以有效减少泄漏流及泄漏损失，但端区损失依然很大，对其冷却困难，且叶片端部质量的提高增大了叶片应力，对叶片蠕变性能、气动力学响应和寿命产生不利影响。

鉴于此，本发明提出一种抑制叶尖泄漏流的静子叶片结构形式，适用于压气机和涡轮，实现对静子叶片叶尖泄漏流的被动控制。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的静子叶片，避开了主动控制需要附加结构的缺点和主动控制机构对流场的检测和执行的难点，避免带冠叶片和叶顶造型带来端区质量较重的问题，在静子叶片上实现对叶尖泄漏流的被动控制，达到抑制叶尖泄漏流的效果。本发明在静子叶片的前缘与叶顶设连通流道，通过从叶片前缘引气，在叶顶处产生射流，射流在叶尖间隙处起到封严作用，从而抑制叶尖泄漏流，达到减小叶尖泄漏流流量的效果。

本发明的技术方案是：一种前缘自引气和叶顶自适应喷气的静子叶片，所述静子叶片内部设置有流道，所述流道包括叶片前缘进气孔、叶顶喷气孔和内部腔体，由叶片前缘进气孔吸入的来流气流通过叶片内部腔体流至叶顶喷气孔处，并从叶顶喷气孔处喷向静子叶尖间隙。

本发明的进一步技术方案是：所述叶顶喷气孔设置于叶尖泄漏涡起始区域附近或叶尖泄漏强度最大区域附近。