[发明专利]一种能提高轴流式压气机性能的转子/可控静子运动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种能提高轴流式压气机性能的转子/可控静子运动机构，它是一种包含转子/可控静子运动机构，具体的说就是静子叶片根据相邻转子叶片排随主轴转动的情况，实时做一定频率、振幅的往复摆动。属于航空发动机技术领域。

背景技术

轴流式压气机作为一种对气体做功从而提高其压力及流速的装置，广泛应用于航空发动机、地面燃气轮机、船用动力装置等等。随着航空工业的不断发展，对航空发动机推重比的要求和整体性能要求不断提高，作为航空发动机三大核心部件之一的压气机需要提供更高的压比，即更大的做功能力。

目前压气机设计都基于定常升力机制，设计过程中尽力避免流动分离和叶片升力的非定常波动。为了获得更大的做功能力，通常会尽量提高转子的转动速度以获得更大的升力系数。在实际工作中由于转子叶片叶尖速度的不断提高往往导致激波的出现，从而造成激波损失，也会对设计带来许多困难。因此，采用目前传统转子/静子的运动机构设计的轴流压气机的做功能力要进一步提高十分困难。

发明内容

为了进一步提高压气机系统的做功能力，本发明提供了一种能提高轴流式压气机性能的转子/可控静子运动机构，以此利用转子/可控静子之间的相对运动产生非定常升力，从而大幅度提高压气机做功性能。

本发明的技术方案是：本发明一种能提高轴流式压气机性能的转子/可控静子运动机构，包含由主轴带动的转子叶片排和以预定频率、振幅绕自身径向轴周期性摆动的可控静子叶片排，它们之间的位置连接关系是：转子按传统压气机的结构转动，转子叶片相对后排静子叶片的位置由测量反馈系统提供，根据转子叶片相对后排可控静子叶片的位置，实时的通过驱动装置控制静子叶片不断的以预定的振幅摆动，与掠过它的转子叶片产生相互作用，提高载荷。

所述转子叶片排是通常所采用的压气机转子叶片；

所述可控静子叶片排是通常所采用的压气机静子叶片，主要特点在于它可以在驱动装置的作用下，绕其径向轴做预定幅度的周期性往复摆动；

其中，可控静子叶片排周期性摆动的频率范围是300到2000之间；

其中，可控静子叶片排周期性摆动的幅度范围是在正负10度之间。

静子叶片的摆动动力由主轴通过齿轮、万向节和凸轮等作为传动装置提供，也可通过对静子叶片加装步进电机提供。这种机构相对转子/固定静子的机构，可以通过转子和可控静子之间的相对运动产生非定常力，从而提高转子叶片的做功能力，增加整个压气机系统的压升系数和压比。进一步地，可控静子的摆动频率、振幅都应根据转子的转动情况和实际需要设定。可控静子相对转子叶片的摆动相位必须经过优化，实现转子和可控静子之间形成附着在叶片表面的非定常涡以生产非定常升力，这对于整体性能的提高尤为重要。

采用以上技术方案，本发明的有益效果是：可以通过转子/可控静子之间的配合运动，在转子叶片产生较高的非定常升力，其平均值会大于静子固定情况下的结果。转子升力系数的提高意味着压气机系统做功能力的增强，出口气体的总压升会增加。而相对传统的转子/固定静子轴流压气机系统，本发明提出的转子/可控静子运动机构不会增加压气机设计的长度和体积，而又能产生更高的做功能力。本发明的可控静子的摆动幅度只在正负10度以内，静子的摆动本身只需很小的能量，也不会带来过多的损失。

附图说明

图1本发明转子/可控静子机构运动示意图

图中y为周向方向，x为轴向方向，u为转子转动的周向速度，ω为可控静子的摆动角频率，第一排为转子叶片，第二排为可控静子。

图2以主轴作为动力源，齿轮传动机构作为传动装置的转子/可控静子机构示意图

图中1、进口导叶，2、转子，3、静子，4、齿轮组，5、驱动装置，6、主轴。

图3以步进电机作为静子摆动动力源的装置示意图

图4在可控静子作用下转子叶片升力系数的变化结果示意图

图5在可控静子配合作用下，在不同流量系数的情况下总压升系数的提高示意图

具体实施方式