本發(fā)明屬于航空動(dòng)力裝置，具體涉及一種適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉。

背景技術(shù)：

1、隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和穩(wěn)定性要求日益提高，而進(jìn)氣畸變作為影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵因素之一，受到了廣泛關(guān)注。同時(shí)隨著現(xiàn)代先進(jìn)飛行器動(dòng)力系統(tǒng)，例如變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)等可在較大范圍內(nèi)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，以適應(yīng)多變的任務(wù)環(huán)境需求的動(dòng)力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，如何改善受進(jìn)氣畸變影響的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境逐漸成為了一個(gè)十分重要的課題。

2、進(jìn)氣畸變是指航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口流場(chǎng)參數(shù)與其設(shè)計(jì)假設(shè)不一致的現(xiàn)象。根據(jù)進(jìn)口流場(chǎng)參數(shù)的不同，進(jìn)氣畸變可分為總壓畸變、總溫畸變、旋流畸變等多種類型。這些畸變類型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可能單獨(dú)出現(xiàn)，也可能同時(shí)存在，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生復(fù)雜的影響。

3、進(jìn)氣畸變的產(chǎn)生原因多種多樣，主要包括飛機(jī)大攻角飛行或高機(jī)動(dòng)飛行導(dǎo)致的進(jìn)氣道分離、側(cè)風(fēng)進(jìn)氣、艦載彈射飛機(jī)起飛吸入蒸汽以及飛機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)吸入廢氣等，而針對(duì)涵道比可調(diào)節(jié)的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，在其不同工況下畸變可能會(huì)存在更大的影響，這些影響會(huì)導(dǎo)致進(jìn)口流場(chǎng)參數(shù)的變化，進(jìn)而引發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的不穩(wěn)定工作。

4、進(jìn)氣畸變對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，它會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)穩(wěn)定性喪失，使得壓氣機(jī)葉片發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)，甚至可能引發(fā)失速或喘振等嚴(yán)重問(wèn)題；其次，進(jìn)氣畸變會(huì)增加渦輪的負(fù)荷和熱應(yīng)力，對(duì)渦輪的性能和壽命產(chǎn)生負(fù)面影響；最后，進(jìn)氣畸變還會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、油耗等性能指標(biāo)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。

5、目前針對(duì)進(jìn)氣畸變與風(fēng)扇的耦合影響研究已有如下結(jié)果：

6、旋流畸變對(duì)風(fēng)扇產(chǎn)生的影響

7、美國(guó)弗吉利亞理工大學(xué)frohnapfel等對(duì)葉片式旋流畸變發(fā)生器和風(fēng)扇聯(lián)合模型進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇對(duì)上游旋流具有一定的削弱作用，旋流影響下風(fēng)扇壓比效率特性曲線向左下方移動(dòng)。sheoran等對(duì)腔室型旋流畸變發(fā)生器與風(fēng)扇的聯(lián)合模型進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明正向旋流使風(fēng)扇曲線向小流量小壓比方向移動(dòng)，反向旋流使風(fēng)扇曲線趨向于大流量大壓比方向。周游天等進(jìn)行了插板對(duì)壓氣機(jī)影響的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：旋流畸變?yōu)橛绊憠簹鈾C(jī)流動(dòng)穩(wěn)定性的主要因素。南京航空航天大學(xué)的劉華等設(shè)計(jì)了一種葉片式旋流畸變發(fā)生器，并和下游低速壓氣機(jī)連接進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子對(duì)正向旋流有著加強(qiáng)作用，對(duì)反向旋流有著削弱作用，且旋流畸變使轉(zhuǎn)子提前失速。

8、總壓畸變對(duì)風(fēng)扇產(chǎn)生的影響

9、calogeras等開展了畸變模擬板和j85-ge-13渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)合試車試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明周向總壓畸變對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中壓氣機(jī)部件性能及穩(wěn)定邊界均有顯著的惡化作用；徑向畸變的影響隨其空間位置的改變而有所不同，葉尖徑向總壓畸變?cè)斐蓧簹鈾C(jī)部件穩(wěn)定邊界明顯下移，而輪轂徑向畸變對(duì)壓氣機(jī)部件穩(wěn)定邊界影響有限。jahnen等開展了5級(jí)高壓壓氣機(jī)與總壓畸變模擬器的聯(lián)合試驗(yàn)，并重點(diǎn)關(guān)注了畸變影響下壓氣機(jī)近失速點(diǎn)信號(hào)變化，研究發(fā)現(xiàn)失速團(tuán)從畸變區(qū)開始發(fā)展，沿周向擴(kuò)展到非畸變區(qū)逐漸衰減。中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的陳鋒等進(jìn)行了畸變網(wǎng)和風(fēng)扇的聯(lián)合試驗(yàn)，并對(duì)風(fēng)扇失速前動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行了分析，研究發(fā)現(xiàn)：周向畸變進(jìn)氣條件下，壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速前出現(xiàn)模態(tài)波，且非定常擾動(dòng)在畸變區(qū)尾緣最強(qiáng)。

10、在對(duì)不同的畸變形式進(jìn)行了充分了解后，根據(jù)其影響風(fēng)扇性能的機(jī)理的不同可以設(shè)計(jì)出針對(duì)性的改善措施：針對(duì)旋流畸變對(duì)風(fēng)扇進(jìn)口攻角的影響機(jī)理，設(shè)計(jì)可以改變來(lái)流流動(dòng)方向從而減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)子攻角的主副葉片；針對(duì)總壓畸變對(duì)風(fēng)扇流量和流速的影響機(jī)理，設(shè)計(jì)可以控制流動(dòng)面積的主副葉片。從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)轉(zhuǎn)子前的雙自由度安裝角可調(diào)導(dǎo)葉對(duì)畸變來(lái)流進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于通過(guò)對(duì)導(dǎo)葉型面的分別控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇前后流場(chǎng)徑向特征的調(diào)整，以滿足變循環(huán)風(fēng)扇針對(duì)不同畸變形式作用下所需要的預(yù)旋角調(diào)控，保證變循環(huán)風(fēng)扇在不同涵道比工況下接觸不同強(qiáng)度的畸變來(lái)流時(shí)的工作效率，壓縮能力，穩(wěn)定裕度等能夠滿足整個(gè)壓縮系統(tǒng)的工作需求，提供一種適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉；

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉，包括：主葉片、第一副葉片、第二副葉片、主軸、第一空心副軸以及第二空心副軸；

3、所述主葉片設(shè)置在主軸上，所述第一空心副軸設(shè)置在第一副葉片上，所述第二空心副軸設(shè)置在第二副葉片上，且所述第二空心副軸套接在第一空心副軸上，所述第一空心副軸套接在主軸，形成三自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述主葉片、第一副葉片以及第二副葉片構(gòu)成整個(gè)進(jìn)口導(dǎo)葉。

4、進(jìn)一步地，所述第一副葉片和第二副葉片的葉頂分別與主葉片的葉底相接觸。

5、進(jìn)一步地，所述第二副葉片的高度為葉尖處受到總壓旋流復(fù)合式畸變影響情況下工作的風(fēng)扇出現(xiàn)流動(dòng)分離渦團(tuán)所覆蓋的徑向高度。

6、進(jìn)一步地，所述第二副葉片的軸向長(zhǎng)度為整個(gè)進(jìn)口導(dǎo)葉葉片長(zhǎng)度的40％。

7、進(jìn)一步地，所述三自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)方法為：

8、1)當(dāng)變循環(huán)風(fēng)扇在小涵道比工況下接觸分布于葉根的進(jìn)氣畸變時(shí)，保持第一副葉片不變，將第二副葉片沿逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)5°，同時(shí)將主葉片沿逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)5°～10°；

9、2)當(dāng)變循環(huán)風(fēng)扇在設(shè)計(jì)涵道比或大涵道比工況工作時(shí)接觸到分布于整個(gè)流道，且沿徑向方向畸變程度不同的進(jìn)氣畸變時(shí)，保持第二副葉片不變，將第一副葉片沿逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)10°～15°，同時(shí)將主葉片沿逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)5°；

10、3)當(dāng)變循環(huán)風(fēng)扇在小涵道比工況下工作，且接觸葉尖畸變時(shí)，保持主葉片不變，將第二副葉片沿逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)5°～10°，同時(shí)將第一副葉片沿逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)5°。

11、有益效果：本發(fā)明在傳統(tǒng)適用于變循環(huán)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的基礎(chǔ)上進(jìn)行變幾何葉型設(shè)計(jì)，構(gòu)建出三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉，該導(dǎo)葉繼承了傳統(tǒng)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉優(yōu)點(diǎn)同時(shí)能夠在不同進(jìn)氣畸變影響下保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇維持在較高性能，同時(shí)三自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)方法使得三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉可以用于改善不同變循環(huán)工況下受到不同畸變形式作用的變循環(huán)風(fēng)扇的性能。

技術(shù)特征：

1.適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉，其特征在于，包括：主葉片(1)、第一副葉片(2)、第二副葉片(3)、主軸(4)、第一空心副軸(5)以及第二空心副軸(6)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉，其特征在于，所述第一副葉片(2)和第二副葉片(3)的葉頂分別與主葉片(1)的葉底相接觸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉，其特征在于，所述第二副葉片(3)的高度為葉尖處受到總壓旋流復(fù)合式畸變影響情況下工作的風(fēng)扇出現(xiàn)流動(dòng)分離渦團(tuán)所覆蓋的徑向高度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉，其特征在于，所述第二副葉片(3)的軸向長(zhǎng)度為整個(gè)進(jìn)口導(dǎo)葉葉片長(zhǎng)度的40％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉，其特征在于，所述三自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)方法為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種適用于變循環(huán)風(fēng)扇的三自由度可變安裝角進(jìn)口導(dǎo)葉，包括：主葉片、第一副葉片、第二副葉片、主軸、第一空心副軸以及第二空心副軸，主葉片設(shè)置在主軸上，第一空心副軸設(shè)置在第一副葉片上，第二空心副軸設(shè)置在第二副葉片上，且第二空心副軸套接在第一空心副軸上，第一空心副軸套接在主軸，形成三自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，主葉片、第一副葉片以及第二副葉片構(gòu)成整個(gè)進(jìn)口導(dǎo)葉。通過(guò)使用主葉片調(diào)節(jié)整個(gè)流道內(nèi)的流動(dòng)方向，并通過(guò)使用第二副葉片來(lái)調(diào)控因變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比變化而產(chǎn)生的流場(chǎng)不利因素，同時(shí)通過(guò)使用第一副葉片來(lái)調(diào)控因接觸進(jìn)氣畸變而產(chǎn)生的各種流場(chǎng)不利因素，從而改善不同變循環(huán)工況下受到不同畸變形式作用的變循環(huán)風(fēng)扇的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張洪鑫,李彥博,何恒旭,李曼鈴,黃國(guó)平,于鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6