[发明专利]一种航空发动机静止薄壁件上低熵产强预旋搭接引气结构

说明书

本发明公开了一种航空发动机空气系统静止薄壁件上低熵产强预旋搭接引气结构，由多个类S型搭接瓦片搭接成全环形成，相邻搭接瓦片之间形成渐缩型引气通道，进而在引气腔内形成了接近纯周向进气的进口。通过本发明的技术方案，实现较大的预旋速度、较小流阻损失、合理的进气方向的搭接引气结构，能够有效降低气流在空气系统内的沿程风阻温升，使气流尽可能保持更良好的冷却品质，从而保证在极端工况下热端部件仍满足许用温度要求。

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，尤其涉及一种航空发动机静止薄壁件上低熵产强预旋搭接引气结构。

背景技术

航空发动机二次流空气系统中，在流路上的流体与旋转部件相互作用而造成的损失，称为风阻损失。风阻损失消耗涡轮部件的轴功同时流体发生耗散温升，从而降低了发动机整机效率，如何准确计算及降低风阻损失一直是发动机空气系统优化设计中的重要环节。现代先进航空发动机工作工况范围更宽更广，在一些极端恶劣工况下，高风阻造成的高温气流甚至会使流路中的旋转部件的温度超过许用温度，使得降低空气系统风阻温升成了更为关键的任务。

其中对气流进行预旋，降低气流与转子的相对速度从而减小气流的风阻温升是一种常用的低熵产设计方法。目前常用的气流预旋方法包括圆柱孔型预旋喷嘴预旋方案 (图1)和叶栅预旋方案(图2)。

圆柱孔型预旋喷嘴预旋方案在应用过程中为了起到对气流的预旋效果，通常要求预旋孔具有足够的长度。为了达到这一目的，需要对静止壁面的引气位置进行加厚处理，在加厚的凸台上采用钻孔的工艺加工预旋喷嘴。静止壁面的加厚会增加发动机重量，降低发动机推重比。另外一种方式是直接在静止壁面上插入预旋管道实现气流预旋，但是这种结构相对比较复杂，在薄壁件上不易直接安装。此外，传统的圆柱孔型预旋喷嘴引气方案中喷嘴与喷嘴之间在空间上会存在相互制约的关系，当周向预旋喷嘴数量足够多时，喷嘴不能在有限的空间内实现接近90度的大预旋，因此预旋效果欠佳，往往会难以满足先进航空发动机空气系统设计需求。

叶栅可以在进气通道较为密集的状态下提供较大的预旋角度，但由于航空发动机空气系统中存在大量的薄壁件，而叶栅拥有结构复杂、在薄壁件上安装困难的不足，导致此方案无法在空气系中获得广泛应用。通常只是在旋转盘腔元件内的静止壁面上利用叶栅结构进行引气。

综上所述，目前还没有一种适用于航空发动机空气系统静止薄壁件上的引气结构，可以实现足够大的预旋，以保证气流在下游沿程足够小的风阻温升，从而实现用较少的冷气流量保证发动机在极端工况下热端部件仍满足许用温度要求。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种在航空发动机空气系统静止薄壁件上引气时可以实现较大的预旋速度、较小流阻损失、合理的进气方向的搭接引气结构，能够有效降低气流在空气系统内的沿程风阻温升，使气流尽可能保持更良好的冷却品质，从而保证在极端工况下热端部件仍满足许用温度要求。本发明的具体技术方案如下：

一种航空发动机静止薄壁件上低熵产强预旋搭接引气结构，所述搭接引气结构由多个S型搭接瓦片排布成环形结构，S型搭接瓦片首尾相邻形成渐缩型引气通道，在引气腔内形成接近纯周向进气的进口。

进一步地，每个搭接瓦片的径向高度不高于薄壁件上的凸台的厚度。

一种航空发动机静止薄壁件上低熵产强预旋搭接引气结构的加工方法，所述搭接引气结构加工时，分别单独加工每个搭接瓦片，再将每个搭接瓦片和静止薄壁件的凸台两侧连接在一起，逐一安装全环所有搭接瓦片，最终形成整个搭接引气结构。

本发明的有益效果在于：

1.相比普通圆柱型孔，可以实现更大的预旋角度，使进入空气系统流路的气体有更大的旋流比，从而降低气流沿程风阻温升，使气流尽可能保持更良好的冷却品质，从而实现用较少的冷气流量保证发动机在极端工况下热端部件仍满足许用温度要求。