本發(fā)明屬于渦輪發(fā)動機領域，特別涉及一種渦輪級間導向器。

背景技術：

1、現代高性能航空渦輪發(fā)動機中，為了降低耗油率，減輕發(fā)動機總重量，通常采用盡可能短的渦輪過渡段實現氣流從燃氣渦輪到動力渦輪的過渡。一體化過渡段設計技術的意義便在于將燃氣渦輪及動力渦輪之間的過渡段和動力渦輪一級導向器一體化設計，即過渡段本身也同時是動力渦輪的導向器，不僅減輕了發(fā)動機總重量，還節(jié)約了空間。一體化過渡段的主要功能是將燃氣渦輪及動力渦輪轉子產生的徑向力向外傳遞至渦輪支承機匣，并將低壓渦輪出口燃氣的焓轉變?yōu)閯幽堋?/p>

2、一體化過渡段同普通過渡段相比，不僅存在著明顯的結構差異，流動機理也存在著顯著的差別。外環(huán)的擴張、上游轉子尾跡以及流向曲率變化的綜合作用也使環(huán)內部更易發(fā)生附面層分離，從而加大流動損失。經研究表明，是大葉片對相鄰小葉片的影響顯著。目前，現有部分發(fā)動機采用的一體化過渡段的大葉片數量多、厚度厚，且大小葉片的線型以及空間位置布置不同，不僅增加了渦輪重量，還導致大葉片及相鄰小葉片的流場通常存在分離，過渡段總壓損失大、渦輪級氣動效率低的問題。

技術實現思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種渦輪級間導向器，包括導向器本體，所述導向器本體的氣流通道內設有復合彎掠葉片，所述葉片的根截面軸向弦長長于葉片的中截面軸向弦長，并短于葉片的尖截面軸向弦長，所述葉片包括第一葉片、結構一致的第二葉片與第三葉片，所述第二葉片與第三葉片均布于氣流通道內，所述氣流通道位于第二葉片與第三葉片之間的部位均布有第一葉片，所述第二葉片的軸向弦長長于第一葉片的軸向弦長，所述第二葉片與第一葉片的尾緣半徑相同，所述第一葉片的前緣與尾緣半徑均小于第二葉片的前緣半徑。

2、進一步地，所述第二葉片根、中、尖截面的轉折角分別為20～30°、30～50°、75～85°。

3、進一步地，所述第二葉片的前緣半徑為4～5mm，尾緣半徑為1～1.5mm。

4、進一步地，所述第二葉片根部截面的壓力面與相鄰第一葉片根部截面的吸力面之間的流道設有第一喉部，所述第一喉部的進口位置位于第二葉片根部截面的尾緣，所述第二葉片根部截面的吸力面與相鄰第一葉片根部截面的壓力面之間的流道設有第二喉部，所述第二喉部的進口位置位于第一葉片根部截面的尾緣，所述第一喉部的出口位置與第二喉部的進口位置相鄰。

5、進一步地，所述第一喉部的進口寬度與第二喉部的進口寬度相同，所述第二喉部的進口寬度大于第二喉部的出口寬度，所述第二喉部的出口寬度大于第一喉部的出口寬度。

6、進一步地，所述第二葉片中部截面的壓力面與相鄰第一葉片中部截面的吸力面之間的流道設有第三喉部，所述第三喉部的進口位置位于第二葉片中部截面的尾緣，所述第二葉片中部截面的吸力面與相鄰第一葉片中部截面的壓力面之間的流道設有第四喉部，所述第四喉部的進口位置位于第一葉片中部截面的尾緣，所述第四喉部的出口位置與第二葉片中部截面的前緣相鄰，所述第三喉部的出口位置位于第二葉片中部截面的尾緣。

7、進一步地，所述第三喉部的進口寬度大于第三喉部的出口寬度，所述第三喉部的出口寬度與第四喉部的進口寬度相同，所述第四喉部的進口寬度大于第四喉部的出口寬度。

8、進一步地，所述第二葉片尖部截面的壓力面與相鄰第一葉片尖部截面的吸力面之間的流道設有第五喉部，所述第五喉部的進口位置位于第二葉片尖部截面的尾緣，所述第五喉部的出口位置位于第二葉片尖部截面的尾緣，所述第二葉片尖部截面的吸力面與相鄰第一葉片尖部截面的壓力面之間的流道設有第六喉部，所述第六喉部的進口位置位于第一葉片尖部截面的尾緣，所述第六喉部的出口位置位于第二葉片尖部截面的尾緣。

9、進一步地，所述第六喉部的進口寬度大于第五喉部的進口寬度，所述第五喉部的進口寬度大于第五喉部的出口寬度，所述第五喉部的出口寬度與第六喉部的出口寬度相同。

10、進一步地，所述第一葉片的根、中、尖截面的轉折角分別為30～40°、30～40°、100～130°。

11、與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

12、1)本發(fā)明利用第一葉片、第二葉片以及第三葉片的空間布置以及通過全三維復合彎掠特征造型，減輕了渦輪重量，還能有效控制葉片的流動分離，不僅降低了過渡段總壓損失，還提高了渦輪機氣動效率。

13、2)本發(fā)明中的葉片是通過全三維復合彎掠特征造型的，且葉片的根、中、尖截面的軸向弦長不一致，則積疊線不是一條徑向直線，而且第二葉片的前緣半徑大于尾緣半徑，第一葉片與第二葉片的尾緣半徑相同，因此，第二葉片與第一葉片的葉型變化均較劇烈，能適應不均勻來流條件，有效控制葉片的流動分離，增強渦輪級的流通能力，提高渦輪機的性能。

14、3)本發(fā)明中第二葉片與相鄰第一葉片之間的流道喉部位置的變化，能減小第一葉片與第二葉片流道中的峰值馬赫數，減弱甚至消除激波，還能減弱甚至消除第一葉片壓力面?zhèn)群偷诙~片吸力面?zhèn)鹊牧鲃臃蛛x，降低能量損失，提高渦輪性能。

15、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所指出的結構來實現和獲得。

技術特征：

1.一種渦輪級間導向器，包括導向器本體(1)，其特征在于，所述導向器本體(1)的氣流通道(13)內設有復合彎掠葉片，所述葉片的根截面軸向弦長長于葉片的中截面軸向弦長，并短于葉片的尖截面軸向弦長，所述葉片包括第一葉片(14)、結構一致的第二葉片(15)與第三葉片(16)，所述第二葉片(15)與第三葉片(16)均布于氣流通道(13)內，所述氣流通道(13)位于第二葉片(15)與第三葉片(16)之間的部位均布有第一葉片(14)，所述第二葉片(15)的軸向弦長長于第一葉片(14)的軸向弦長，所述第二葉片(15)與第一葉片(14)的尾緣(4)半徑相同，所述第一葉片(14)的前緣(2)與尾緣(4)半徑均小于第二葉片(15)的前緣(2)半徑。

2.根據權利要求1所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，所述第二葉片(15)根、中、尖截面的轉折角分別為20～30°、30～50°、75～85°。

3.根據權利要求1所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，所述第二葉片(15)的前緣(2)半徑為4～5mm，尾緣(4)半徑為1～1.5mm。

4.根據權利要求1所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，第二葉片根部截面(152)的壓力面(3)與相鄰第一葉片根部截面(141)的吸力面(5)之間的流道(17)設有第一喉部(171)，所述第一喉部(171)的進口位置位于第二葉片根部截面(152)的尾緣(4)，所述第二葉片根部截面(152)的吸力面(5)與相鄰第一葉片根部截面(141)的壓力面(3)之間的流道(17)設有第二喉部(172)，所述第二喉部(172)的進口位置位于第一葉片根部截面(141)的尾緣(4)，所述第一喉部(171)的出口位置與第二喉部(172)的進口位置相鄰。

5.根據權利要求4所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，所述第一喉部(171)的進口寬度與第二喉部(172)的進口寬度相同，所述第二喉部(172)的進口寬度大于第二喉部(172)的出口寬度，所述第二喉部(172)的出口寬度大于第一喉部(171)的出口寬度。

6.根據權利要求1所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，第二葉片中部截面(153)的壓力面(3)與相鄰第一葉片中部截面(142)的吸力面(5)之間的流道(17)設有第三喉部(173)，所述第三喉部(173)的進口位置位于第二葉片中部截面(153)的尾緣(4)，所述第二葉片中部截面(153)的吸力面(5)與相鄰第一葉片中部截面(142)的壓力面(3)之間的流道(17)設有第四喉部(174)，所述第四喉部(174)的進口位置位于第一葉片中部截面(142)的尾緣(4)，所述第四喉部(174)的出口位置與第二葉片中部截面(153)的前緣(2)相鄰，所述第三喉部(173)的出口位置位于第二葉片中部截面(153)的尾緣(4)。

7.根據權利要求6所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，所述第三喉部(173)的進口寬度大于第三喉部(173)的出口寬度，所述第三喉部(173)的出口寬度與第四喉部(174)的進口寬度相同，所述第四喉部(174)的進口寬度大于第四喉部(174)的出口寬度。

8.根據權利要求1所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，第二葉片尖部截面(154)的壓力面(3)與相鄰第一葉片尖部截面(143)的吸力面(5)之間的流道(17)設有第五喉部(175)，所述第五喉部(175)的進口位置位于第二葉片尖部截面(154)的尾緣(4)，所述第五喉部(175)的出口位置位于第二葉片尖部截面(154)的尾緣(4)，所述第二葉片尖部截面(154)的吸力面(5)與相鄰第一葉片尖部截面(143)的壓力面(3)之間的流道(17)設有第六喉部(176)，所述第六喉部(176)的進口位置位于第一葉片尖部截面(143)的尾緣(4)，所述第六喉部(176)的出口位置位于第二葉片尖部截面(154)的尾緣(4)。

9.根據權利要求8所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，所述第六喉部(176)的進口寬度大于第五喉部(175)的進口寬度，所述第五喉部(175)的進口寬度大于第五喉部(175)的出口寬度，所述第五喉部(175)的出口寬度與第六喉部(176)的出口寬度相同。

10.根據權利要求1～9任一項所述的一種渦輪級間導向器，其特征在于，所述第一葉片(14)的根、中、尖截面的轉折角分別為30～40°、30～40°、100～130°。

技術總結
本發(fā)明涉及一種渦輪級間導向器，屬于渦輪發(fā)動機領域，包括導向器本體，導向器本體的氣流通道內設有復合彎掠葉片，葉片的根截面軸向弦長長于葉片的中截面軸向弦長，并短于葉片的尖截面軸向弦長，葉片包括第一葉片、結構一致的第二葉片與第三葉片，第二葉片與第三葉片均布于氣流通道內，氣流通道位于第二葉片與第三葉片之間的部位均布有第一葉片，第二葉片的軸向弦長長于第一葉片的軸向弦長，第二葉片與第一葉片的尾緣半徑相同。本發(fā)明利用第一葉片、第二葉片以及第三葉片的空間布置以及通過全三維復合彎掠特征造型，減輕了渦輪重量，還能有效控制葉片的流動分離，不僅降低了過渡段總壓損失，還提高了渦輪機氣動效率。

技術研發(fā)人員：房興龍,付晟,曾飛,陳競煒,周七二,趙蘭芳,劉冬華,李澤峰
受保護的技術使用者：中國航發(fā)湖南動力機械研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6