本發(fā)明涉及能源動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種壓氣機(jī)、應(yīng)用此類(lèi)壓氣機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)以及壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)增效方法。

背景技術(shù)：

軸流壓氣機(jī)包括動(dòng)葉、靜葉、輪轂和機(jī)匣。動(dòng)葉、靜葉和輪轂均置于機(jī)匣內(nèi)。動(dòng)葉沿固定在輪轂上，能夠隨輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)。靜葉沿固定在機(jī)匣上，始終靜止不動(dòng)。并且動(dòng)葉和靜葉在軸向(即輪轂軸向)方向交錯(cuò)間隔布置。在周向(即輪轂的圓周方向)上，一排動(dòng)葉葉片和緊隨其后的一排靜葉葉片構(gòu)成壓氣機(jī)的一個(gè)級(jí)。多級(jí)軸流壓氣機(jī)就包括多個(gè)級(jí)。壓氣機(jī)級(jí)負(fù)荷提高，其穩(wěn)定性是必須要解決的難題之一，例如如何抑制靜葉大折轉(zhuǎn)角吸力面分離、拓寬失速裕度以及確保壓氣機(jī)動(dòng)葉轉(zhuǎn)子的高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行等。在拓寬軸流壓氣機(jī)流動(dòng)失穩(wěn)裕度方面，除了在設(shè)計(jì)過(guò)程所采用的彎/掠技術(shù)等葉片造型以外，在原始葉片基礎(chǔ)上所施加的流動(dòng)失穩(wěn)控制措施也比較多，主要包括周向槽和軸向縫機(jī)匣處理、葉頂噴氣、自循環(huán)抽吸-噴氣、等離子體控制、背腔式機(jī)匣處理、葉尖小翼以及導(dǎo)靜葉聯(lián)調(diào)等。周向槽和軸向縫機(jī)匣處理目前已經(jīng)在真實(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中得到了應(yīng)用，其他擴(kuò)穩(wěn)措施大部分都還停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。然而，周向槽和軸向縫機(jī)匣處理對(duì)效率的負(fù)面影響一直是制約其擴(kuò)穩(wěn)能力進(jìn)一步提升的瓶頸。自循環(huán)抽吸-噴氣作為一種能夠兼顧穩(wěn)定性和效率的壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)之一，充分利用壓氣機(jī)自身后端抽吸和前端噴氣的優(yōu)勢(shì)，加之抽吸-噴氣量可調(diào)使得其擴(kuò)穩(wěn)能力可根據(jù)各級(jí)失速監(jiān)測(cè)信號(hào)可控的因素，在實(shí)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)多級(jí)軸流壓氣機(jī)各級(jí)流動(dòng)失穩(wěn)控制上具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

有鑒于此，為了能夠至少在一定程度上地抑制因燃?xì)廨啓C(jī)中低壓壓氣機(jī)高負(fù)荷設(shè)計(jì)中靜葉大折轉(zhuǎn)角吸力面分離引起的效率損失，以及確保壓氣機(jī)動(dòng)葉轉(zhuǎn)子的高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，并充分利用壓氣機(jī)后面高壓級(jí)因放氣或者渦輪冷卻需求而抽吸的部分氣體，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)簹鈾C(jī)后面高壓級(jí)部分氣流抽吸到前面低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂前緣進(jìn)行噴射以及到靜葉葉表吸力面進(jìn)行噴射相結(jié)合的壓氣機(jī)、應(yīng)用此類(lèi)壓氣機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)以及壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)增效方法。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種壓氣機(jī)，包括動(dòng)葉、靜葉、輪轂和機(jī)匣，所述動(dòng)葉、靜葉和輪轂均置于機(jī)匣內(nèi)，所述動(dòng)葉固定在輪轂并隨輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所述靜葉固定在機(jī)匣上，所述動(dòng)葉和靜葉沿輪轂軸向方向間隔交錯(cuò)布置，并且沿所述輪轂的圓周方向上，一排動(dòng)葉和緊隨其后的一排靜葉構(gòu)成所述壓氣機(jī)的一個(gè)級(jí)，所述壓氣機(jī)從機(jī)匣的前端到后端工作壓力逐級(jí)增大，其特征在于：在高壓級(jí)機(jī)匣壁面開(kāi)設(shè)有通孔；在低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面開(kāi)設(shè)有通孔；在低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面開(kāi)設(shè)有通孔；其中所述低壓級(jí)和高壓級(jí)是所述壓氣機(jī)中的任意兩個(gè)級(jí)，并且，所述高壓級(jí)的工作壓力大于所述低壓級(jí)；該壓氣機(jī)還包括自循環(huán)機(jī)構(gòu)，所述自循環(huán)機(jī)構(gòu)是依次連接所述高壓級(jí)機(jī)匣壁面的通孔、所述低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面的通孔、所述低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面的通孔的連通裝置。

所述連通裝置是管道系統(tǒng)，所述管道系統(tǒng)的連接處內(nèi)壁光滑過(guò)渡且無(wú)縫連接。所述低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面的通孔是從所述靜葉根部至葉表吸力面內(nèi)嵌管道加工而成。所述自循環(huán)裝置在低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面附近設(shè)置有具備附壁效應(yīng)的噴嘴噴嘴，所述噴嘴安裝在動(dòng)葉葉頂前緣，所述噴嘴噴射的氣體作用于動(dòng)葉葉頂間隙內(nèi)部流動(dòng)。所述自循環(huán)裝置在低壓級(jí)靜葉根部附近設(shè)置有調(diào)節(jié)閥門(mén)。所述自循環(huán)裝置在低壓級(jí)動(dòng)葉頂部機(jī)匣附近設(shè)置有調(diào)節(jié)閥門(mén)。所述壓氣機(jī)的低壓級(jí)靜葉尾緣為厚尾緣半圓柱結(jié)構(gòu)。在所述壓氣機(jī)的靜葉葉表吸力面開(kāi)設(shè)噴氣縫，所述噴氣縫與所述低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面開(kāi)設(shè)的通孔連通，能夠沿著噴氣縫處的靜葉吸力面型線切向方向進(jìn)行噴氣。

本發(fā)明還提供了一種使用上述壓氣機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)。

本發(fā)明另外還提供了一種利用上述壓氣機(jī)進(jìn)行擴(kuò)穩(wěn)增效方法，通過(guò)所述自循環(huán)機(jī)構(gòu)將壓氣機(jī)高壓級(jí)的部分氣體分別引回至低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂前緣、低壓級(jí)靜葉葉表吸力面，進(jìn)行噴氣。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)在壓氣機(jī)后面高壓級(jí)機(jī)匣壁面與前面低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面、低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面之間設(shè)置自循環(huán)機(jī)構(gòu)，利用高壓級(jí)與低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂、靜葉葉表吸力面之間的靜壓差，將高壓級(jí)抽吸的部分氣體通過(guò)該自循環(huán)機(jī)構(gòu)分別引回到低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂、低壓級(jí)靜葉葉表吸力面進(jìn)行噴氣，達(dá)到提高穩(wěn)定性裕度的目的。

2、本發(fā)明將高壓級(jí)抽吸的部分氣體通過(guò)該自循環(huán)機(jī)構(gòu)分別引回到低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂進(jìn)行噴射，可以通過(guò)高速氣流改變?nèi)~頂間隙的大小，從而減小葉頂間隙泄漏的程度，進(jìn)一步抑制動(dòng)葉葉頂間隙泄漏流與主流交界面前緣溢出，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)穩(wěn)的目的。

3、本發(fā)明通過(guò)在將壓氣機(jī)高壓級(jí)抽吸的部分氣流引回到低壓級(jí)靜葉葉表吸力面通過(guò)噴氣縫沿著靜葉吸力面型線切向方向進(jìn)行噴氣，吹除附面層分離渦，抑制靜葉吸力面的分離損失，達(dá)到改善壓氣機(jī)效率的目的

4、本發(fā)明對(duì)靜葉的尾緣采用厚尾緣半圓柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，有利于靜葉附面層和葉表噴氣的附壁效果，并在尾緣處形成環(huán)量繞流，抑制尾緣的分離渦發(fā)展，進(jìn)一步改善高負(fù)荷壓氣機(jī)效率。

5、本發(fā)明采用的自循環(huán)機(jī)構(gòu)主要使用一段圓管。該圓管將高壓級(jí)機(jī)匣壁面、低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面、低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面依次連接，并使圓管內(nèi)壁和連接位置處盡可能光滑過(guò)渡和無(wú)縫連接。這樣保證氣流在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，密封性能好，損失盡可能小。

6、本發(fā)明的自循環(huán)機(jī)構(gòu)的管道可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管道布置靈活調(diào)整，基本不影響整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)/航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體布局。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種壓氣機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大折轉(zhuǎn)角靜葉葉表吸力面氣流分離的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的靜葉葉表吸力面的噴氣縫以及厚尾緣半圓柱示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

為了提高推重比和降低耗油率，現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)追求高涵道比，高壓比和高渦輪前溫度。其中整個(gè)壓氣機(jī)總壓比是關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，例如，GE9x的壓比能夠達(dá)到60(含風(fēng)扇的根部)！我國(guó)正在研制的某型商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)CJx，設(shè)計(jì)總壓比達(dá)到43。燃?xì)廨啓C(jī)的增壓靠三個(gè)部分來(lái)完成，首先是風(fēng)扇的根部和內(nèi)涵道相匹配的部分，其次是低壓壓氣機(jī)(又稱(chēng)Booster，常被翻譯為增壓級(jí))，最后是高壓壓氣機(jī)(又稱(chēng)核心機(jī)壓氣機(jī))。這三部分的壓比分配也非常關(guān)鍵。轉(zhuǎn)速最高的高壓壓氣機(jī)是核心機(jī)的一個(gè)重要部件，它的研發(fā)需要很長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，研發(fā)成功一款核心機(jī)往往需要數(shù)十年時(shí)間和百億美元級(jí)別的投入，因此研發(fā)成功之后通常不愿做大改動(dòng)，由一款核心機(jī)可以衍生出多款不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。而為了降低耗油率，涵道比不斷提高，風(fēng)扇葉片越來(lái)越長(zhǎng)(我國(guó)的CJx的涵道比達(dá)到9.2)，因而受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越來(lái)越慢(CJx的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速僅為3500rpm)。這樣一來(lái)，低壓壓氣機(jī)的增壓能力非常弱，如CJx的低壓壓氣機(jī)有三級(jí)，總壓比為1.4。要想繼續(xù)提升整機(jī)壓比，不僅要研發(fā)高性能的高壓核心機(jī)，還應(yīng)該在提高低壓壓氣機(jī)壓比/負(fù)荷方面開(kāi)展相關(guān)工作。

經(jīng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)CJx的低壓壓氣機(jī)單級(jí)載荷系數(shù)還不到0.4，而2011年劍橋大學(xué)報(bào)告了一個(gè)載荷系數(shù)達(dá)到0.65的低壓壓氣機(jī)設(shè)計(jì)，可見(jiàn)CJx的壓比/級(jí)負(fù)荷具有非常可觀的提升空間。如果能將其載荷系數(shù)提升至0.6以上，3級(jí)低壓壓氣機(jī)總壓比可提升至1.77，在風(fēng)扇和高壓壓氣機(jī)總壓比不變的情況下，壓氣機(jī)整機(jī)總壓比將達(dá)到55以上。如果想要維持原有總壓比，則可以減少高壓壓氣機(jī)級(jí)數(shù)，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)推重比得到大幅度提升。因此，開(kāi)發(fā)高負(fù)荷低壓壓氣機(jī)對(duì)提升我國(guó)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能具有重要意義。

然而，低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速受風(fēng)扇限制，半徑受涵道比限制，常規(guī)手段提高負(fù)荷遭遇瓶頸。因此，必須采用新概念來(lái)突破常規(guī)壓氣機(jī)的負(fù)荷限制。高負(fù)荷使得壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)變得非常復(fù)雜。對(duì)轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，流量范圍變窄，失速裕度變小。對(duì)靜子來(lái)說(shuō)，擴(kuò)壓因子逼近或超過(guò)極限，角區(qū)分離加劇，角區(qū)失速?lài)?yán)重。這些是制約壓氣機(jī)負(fù)荷提高的主要因素。

提高壓氣機(jī)級(jí)負(fù)荷的方法有可控?cái)U(kuò)散型葉片，大小葉片，低展弦比，吸氣式設(shè)計(jì)等技術(shù)。目前的高負(fù)荷壓氣機(jī)設(shè)計(jì)基本上是針對(duì)高壓壓氣機(jī)開(kāi)展的，比較流行的吸氣式壓氣機(jī)設(shè)計(jì)概念并不適用于低壓壓氣機(jī)的高負(fù)荷設(shè)計(jì)。對(duì)于低壓壓氣機(jī)高負(fù)荷設(shè)計(jì)開(kāi)展的相關(guān)研究工作比較少，大部分研究工作都集中在低壓壓氣機(jī)的穩(wěn)定性和效率上。自循環(huán)抽吸-噴氣作為一種能夠兼顧穩(wěn)定性和效率的壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)之一，充分利用了壓氣機(jī)自身后端抽吸和前端噴氣的優(yōu)勢(shì)，加之抽吸-噴氣量可調(diào)使得其擴(kuò)穩(wěn)能力可根據(jù)各級(jí)失速監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行控制，具有很好的擴(kuò)穩(wěn)增效能力。

本發(fā)明提供了一種壓氣機(jī)，包括動(dòng)葉、靜葉、輪轂和機(jī)匣，所述動(dòng)葉、靜葉和輪轂均置于機(jī)匣內(nèi)，所述動(dòng)葉固定在輪轂并隨輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所述靜葉固定在機(jī)匣上，所述動(dòng)葉和靜葉沿輪轂軸向方向間隔交錯(cuò)布置，并且沿所述輪轂的圓周方向上，一排動(dòng)葉和緊隨其后的一排靜葉構(gòu)成所述壓氣機(jī)的一個(gè)級(jí)，所述壓氣機(jī)從機(jī)匣的前端到后端工作壓力逐級(jí)增大。在高壓級(jí)機(jī)匣壁面開(kāi)設(shè)有通孔；在低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面開(kāi)設(shè)有通孔；在低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面開(kāi)設(shè)有通孔；其中所述低壓級(jí)和高壓級(jí)是所述壓氣機(jī)中的任意兩個(gè)級(jí)，并且，所述高壓級(jí)的工作壓力大于所述低壓級(jí)。該壓氣機(jī)還包括自循環(huán)機(jī)構(gòu)，所述自循環(huán)機(jī)構(gòu)是依次連接所述高壓級(jí)機(jī)匣壁面的通孔、所述低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面的通孔、所述低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面的通孔的連通裝置。

本發(fā)明的壓氣機(jī)是在燃?xì)廨啓C(jī)高負(fù)荷低壓壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，從后面高壓級(jí)機(jī)匣壁面到前面低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面、低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面之間設(shè)置自循環(huán)機(jī)構(gòu)，利用高壓級(jí)與低壓級(jí)之間的靜壓差，將高壓級(jí)抽吸的部分氣體通過(guò)該自循環(huán)機(jī)構(gòu)引回到低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂前緣、低壓級(jí)靜葉表吸力面進(jìn)行噴氣。

本發(fā)明同時(shí)提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)，該燃?xì)廨啓C(jī)包括低壓壓氣機(jī)，該低壓壓氣機(jī)在燃?xì)廨啓C(jī)高負(fù)荷低壓壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，從后面高壓級(jí)機(jī)匣壁面到前面低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面、低壓級(jí)靜葉根部至葉表吸力面之間設(shè)置自循環(huán)機(jī)構(gòu)，利用高壓級(jí)與低壓級(jí)之間的靜壓差，將高壓級(jí)抽吸的部分氣體通過(guò)該自循環(huán)機(jī)構(gòu)引回到低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂前緣、低壓級(jí)靜葉表吸力面進(jìn)行噴氣。

本發(fā)明還提供了一種壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)增效方法，充分利用燃?xì)廨啓C(jī)高負(fù)荷低壓壓氣機(jī)前面高壓級(jí)用于放氣或者渦輪冷卻抽吸的高壓流體，回引部分氣流分別到達(dá)前面低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂前緣和低壓級(jí)靜葉葉表吸力面進(jìn)行噴氣。在低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂前緣的噴氣能夠延緩主流與泄漏流交界面的前移，達(dá)到改善失速裕度的目的。在低壓級(jí)靜葉葉表吸力面的噴氣，以及將靜葉設(shè)計(jì)成厚尾緣半圓柱結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到抑制靜葉吸力面分離渦發(fā)展，誘導(dǎo)主流在尾緣形成環(huán)量繞流，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)分離的抑制，達(dá)到改善壓氣機(jī)高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)的效率。本發(fā)明方法能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)失速裕度和效率改善的雙重目的，使軸流壓氣機(jī)能夠在高壓比、高效率、寬失速裕度的工況下運(yùn)行。

本發(fā)明的壓氣機(jī)可以沿機(jī)匣軸向形成多套自循環(huán)機(jī)構(gòu)。所謂多套自循環(huán)機(jī)構(gòu)是指在后面高壓級(jí)機(jī)匣壁面開(kāi)設(shè)多個(gè)通孔，在前面低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面和靜葉根部至葉表吸力面開(kāi)設(shè)多個(gè)通孔。依次密封連接后面高壓級(jí)機(jī)匣壁面通孔和前面低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面通孔和靜葉根部至葉表吸力面通孔，形成自循環(huán)機(jī)構(gòu)，并確保連接處光滑過(guò)渡且無(wú)縫連接。在高壓級(jí)機(jī)匣壁面開(kāi)設(shè)的多個(gè)通孔，是在高壓級(jí)動(dòng)葉或者靜葉機(jī)匣壁面加工一定數(shù)量的通孔，高壓級(jí)內(nèi)部的高壓流體會(huì)在靜壓的推動(dòng)下從機(jī)匣壁面的通孔中引出。在動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面開(kāi)設(shè)的多個(gè)通孔，是在數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上加工一定數(shù)量的噴嘴，噴射的氣體應(yīng)具有好的附壁效果，盡可能作用于動(dòng)葉葉頂間隙內(nèi)部流動(dòng)，并且噴嘴應(yīng)安裝動(dòng)葉葉頂前緣，具體位置依據(jù)數(shù)值和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果確定。在靜葉根部至葉表吸力面的通孔，是在靜葉根部與葉表吸力面之間內(nèi)嵌管道，然后加工形成。高壓級(jí)抽吸的部分氣體一方面通過(guò)靜葉內(nèi)部徑向通孔向氣流通道內(nèi)徑向噴氣；另一方面，在低壓級(jí)靜葉吸力面上開(kāi)設(shè)噴氣縫，與上述靜葉根部至葉表吸力面開(kāi)設(shè)的通孔連通使得一部分氣體也可以沿該噴氣縫處的靜葉吸力面型線切向方向進(jìn)行噴氣。在低壓級(jí)靜葉葉表吸力面噴氣縫處沿著靜葉吸力面型線切向方向噴氣，抑制了因高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)所采用的大轉(zhuǎn)折角靜葉片引起的吸力面嚴(yán)重分離，從而在保證高負(fù)荷前提下，使壓氣機(jī)在高效率條件運(yùn)行，有利于燃?xì)廨啓C(jī)推力和燃油效率提高。

進(jìn)一步的，在低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面通孔位置安裝具備附壁效應(yīng)的噴嘴，并經(jīng)由調(diào)節(jié)閥門(mén)與自循環(huán)裝置連接，當(dāng)壓氣機(jī)在高壓比小流量工況運(yùn)行時(shí)，為保證壓氣機(jī)能安全穩(wěn)定運(yùn)行，可通過(guò)開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥門(mén)實(shí)現(xiàn)動(dòng)葉葉頂前緣噴氣，有效作用于葉頂間隙內(nèi)部的非定常波動(dòng)，從而達(dá)到拓寬失速裕度的目的。同時(shí)，在低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣通孔附近和低壓級(jí)靜葉根部通孔附近分別設(shè)置有調(diào)節(jié)閥。當(dāng)壓氣機(jī)處于變工況運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)分別控制低壓級(jí)動(dòng)葉葉頂機(jī)匣壁面和靜葉葉表吸力面的噴氣量大小。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況條件下靜葉葉表分離程度調(diào)節(jié)噴氣量，以及壓升特性線向失速邊界線靠近的程度調(diào)節(jié)動(dòng)葉葉頂前緣的噴氣量，可以達(dá)到根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)效率和穩(wěn)定性的靈活改善。

另外，本發(fā)明的壓氣機(jī)的靜葉采用厚尾緣半圓柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在靜葉尾緣形成圓柱繞流，同時(shí)在低壓級(jí)靜葉葉表吸力面開(kāi)設(shè)一定長(zhǎng)度和寬度的噴氣縫，并使該噴氣縫與該低壓級(jí)靜葉的根部至葉表吸力面開(kāi)設(shè)的通孔連通，從而使后面高壓級(jí)抽吸的氣體在靜壓的推動(dòng)下從靜葉葉表吸力面開(kāi)設(shè)的噴氣縫中順著來(lái)流方向軸向方向噴射，有利于靜葉附面層和葉表噴氣的附壁效果，并在尾緣處形成環(huán)量繞流，抑制尾緣的分離渦發(fā)展，進(jìn)一步改善高負(fù)荷壓氣機(jī)效率。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種壓氣機(jī)的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，壓氣機(jī)1包括自循環(huán)機(jī)構(gòu)100、多級(jí)靜葉200、多級(jí)動(dòng)葉300、輪轂400和機(jī)匣500。連接多級(jí)壓氣機(jī)100后面的高壓級(jí)葉頂機(jī)匣500壁面通孔與前面低壓級(jí)動(dòng)葉300的葉頂機(jī)匣500的壁面通孔、低壓機(jī)靜葉200根部至葉表吸力面的通孔形成自循環(huán)機(jī)構(gòu)100，利用高壓級(jí)與低壓級(jí)動(dòng)葉300的葉頂和低壓級(jí)靜葉200的葉表吸力面的靜壓差，將高壓級(jí)抽吸的部分氣體通過(guò)自循環(huán)機(jī)構(gòu)100引回到低壓級(jí)動(dòng)葉300葉頂、低壓級(jí)靜葉200葉表吸力面進(jìn)行噴氣。在低壓級(jí)動(dòng)葉300葉頂噴氣能夠達(dá)到提高穩(wěn)定性裕度的目的。在低壓級(jí)靜葉200葉表吸力面噴氣，結(jié)合靜葉200厚尾緣半圓柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)改善壓氣機(jī)效率的目的。

本實(shí)施例的壓氣機(jī)1的低壓級(jí)靜葉200的根部至葉表吸力面的通孔101，是從靜葉根部至葉表吸力面內(nèi)嵌管道加工而成。自循環(huán)裝置100在低壓級(jí)動(dòng)葉300葉頂機(jī)匣壁面附近設(shè)置有噴嘴102，該噴嘴102安裝在動(dòng)葉葉頂300前緣，噴嘴300噴射的氣體作用于動(dòng)葉葉頂間隙內(nèi)部流動(dòng)。自循環(huán)裝置100在低壓級(jí)靜葉根部附近設(shè)置有調(diào)節(jié)閥門(mén)103，在低壓級(jí)動(dòng)葉300頂部機(jī)匣附近設(shè)置有調(diào)節(jié)閥門(mén)103。

本實(shí)施例的壓氣機(jī)1，首先通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法，開(kāi)展符合壓升和軸向尺寸要求的低壓壓氣機(jī)高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)。在初步完成氣動(dòng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)的葉型開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。然后對(duì)該高負(fù)荷葉型開(kāi)展全三維高精度數(shù)值模擬，首先分析動(dòng)葉葉頂間隙內(nèi)部非定常流動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)在動(dòng)葉葉頂機(jī)匣前緣安裝噴氣孔，并施加一定噴氣量，對(duì)噴嘴結(jié)構(gòu)和噴氣位置進(jìn)行優(yōu)化，具體詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和位置需要通過(guò)數(shù)值計(jì)算給出定性的判斷。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大折轉(zhuǎn)角靜葉葉表吸力面氣流分離的結(jié)構(gòu)示意圖。如2所示，分析高負(fù)荷葉型大折轉(zhuǎn)角靜葉葉表的流動(dòng)特性。大折轉(zhuǎn)角靜葉200吸力面會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重分離，并大幅度降低壓氣機(jī)效率，影響燃?xì)廨啓C(jī)性能。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的靜葉葉表吸力面噴氣縫以及厚尾緣半圓柱示意圖。如圖4所示，根據(jù)數(shù)值計(jì)算定性給出靜葉200葉表分離和角區(qū)分離發(fā)生的位置，在此基礎(chǔ)上，在靜葉200葉表吸力面開(kāi)設(shè)一定長(zhǎng)度和寬度的噴氣縫201，并使該噴氣縫201與該低壓級(jí)靜葉200的根部至葉表吸力面開(kāi)設(shè)的通孔101連通，從而使后面高壓級(jí)抽吸的氣體會(huì)在靜壓的推動(dòng)下從靜葉200葉表吸力面開(kāi)設(shè)的噴氣縫201中順著來(lái)流方向沿著靜葉吸力面型線切向方向噴射，這樣可以減小靜葉200葉表吸力面的主流的分離渦發(fā)展，減小分離損失，有助于改善壓氣機(jī)效率。于此同時(shí)，為了更好地抑制靜葉200尾緣分離渦發(fā)展，本實(shí)施例提出將靜葉200尾緣設(shè)計(jì)成厚尾緣半圓柱結(jié)構(gòu)，使得流體在靜葉200尾緣處能夠在噴氣速度誘導(dǎo)下形成環(huán)量繞流，進(jìn)一步達(dá)到改善壓氣機(jī)效率的目的。

為了提高壓氣機(jī)級(jí)負(fù)荷已達(dá)到更高壓比的要求，在保證轉(zhuǎn)速?zèng)]有大幅度提高甚至是不變的前提下，一般將靜葉200設(shè)計(jì)成大轉(zhuǎn)折角擴(kuò)壓方式。而這種處理方式會(huì)造成靜葉200葉表吸力面出現(xiàn)嚴(yán)重分離，使得壓氣機(jī)效率急劇下降，從而影響壓氣機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的性能。因此為了解決大折轉(zhuǎn)角靜葉200葉表吸力面分離問(wèn)題，針對(duì)高壓壓氣機(jī)可以采用吸氣式高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)概念，該方法通過(guò)高壓壓氣機(jī)與大氣環(huán)境或者渦輪部件之間靜壓差將靜葉200葉表吸力面的分離渦抽走，達(dá)到抑制分離的目的。而針對(duì)前面低壓壓氣機(jī)，由于靜壓比較低，無(wú)法采用吸氣式高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)概念提高其壓比。而且至今也沒(méi)有形成很好的解決辦法。另外，高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)，一定伴隨著動(dòng)葉300內(nèi)部更復(fù)雜的流動(dòng)，使得穩(wěn)定性問(wèn)題也非常突出，目前廣泛采用周向槽和軸向縫均因?yàn)榘殡S效率損失給設(shè)計(jì)者們帶來(lái)了相當(dāng)打的難度?；诖?，在后面高壓級(jí)機(jī)匣壁面與前面低壓級(jí)動(dòng)葉300葉頂機(jī)匣壁面和靜葉200根部之間布置相應(yīng)的管道，形成自循環(huán)機(jī)構(gòu)100，充分利用后面高壓級(jí)與前面低壓級(jí)之間的靜壓差，使壓氣機(jī)內(nèi)部的主流自循環(huán)到前面的低壓壓氣機(jī)動(dòng)葉300葉頂前緣和靜葉200葉表吸力面進(jìn)行噴射。其中，動(dòng)葉300葉頂前緣的噴嘴102根據(jù)數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)加工，并使其噴射出的流體具有好的附壁效果，盡可能地作用于動(dòng)葉300葉頂間隙內(nèi)部的端區(qū)流動(dòng)。靜葉200葉表吸力面的噴氣縫201的位置和結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果確定，主要依據(jù)葉表分離和角區(qū)分離形成的位置判斷，在此基礎(chǔ)，在靜葉200內(nèi)部?jī)?nèi)嵌管道，然后加工成型。待噴嘴102和靜葉200葉片加工成型安裝完成之后，將噴嘴102、靜葉根部與高壓級(jí)機(jī)匣壁面的通孔101采用圓管進(jìn)行無(wú)縫固接，并通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)控制動(dòng)葉300和靜葉200噴射流量。

實(shí)際應(yīng)用中，由于大多數(shù)是多級(jí)壓氣機(jī)環(huán)境，包括軸流壓氣機(jī)100和離心壓氣機(jī)的組合。此時(shí)就可以從后面高壓級(jí)引回高壓氣流到低壓級(jí)動(dòng)葉300葉頂前緣、低壓級(jí)靜葉200葉表吸力面進(jìn)行噴氣，能夠有效的改善前面低壓壓氣級(jí)因高負(fù)荷設(shè)計(jì)而引起的靜葉葉表吸力面嚴(yán)重分離和動(dòng)葉葉頂間隙內(nèi)部復(fù)雜非定常流動(dòng)。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)框圖。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)2包括壓氣機(jī)1。由于壓氣機(jī)1中使用自循環(huán)機(jī)構(gòu)100提高了壓氣機(jī)整體的穩(wěn)定性和效率，從而進(jìn)一步改善了燃?xì)廨啓C(jī)2的整機(jī)效率。壓氣機(jī)1高壓級(jí)抽吸的部分氣體通過(guò)靜葉葉表吸力面上的噴氣縫201在低壓級(jí)靜葉200葉表吸力面進(jìn)行沿著靜葉吸力面型線切向方向噴氣，抑制了因高負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)所采用的大轉(zhuǎn)折角靜葉200葉片引起的吸力面嚴(yán)重分離，從而在保證高負(fù)荷前提下，使壓氣機(jī)1高效率運(yùn)行，提高了燃?xì)廨啓C(jī)2推力和燃油效率提高。

以上的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。