專利名稱：一種能提高軸流式壓氣機(jī)性能的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能提高軸流式壓氣機(jī)性能的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)，它是ー種包含轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)，具體的說就是靜子葉片根據(jù)相鄰轉(zhuǎn)子葉片排隨主軸轉(zhuǎn)動的情況，實時做一定頻率、振幅的往復(fù)擺動。屬于航空發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軸流式壓氣機(jī)作為ー種對氣體做功從而提高其壓カ及流速的裝置，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)、地面燃?xì)廨啓C(jī)、船用動カ裝置等等。隨著航空エ業(yè)的不斷發(fā)展，對航空發(fā)動機(jī)推重比的要求和整體性能要求不斷提高，作為航空發(fā)動機(jī)三大核心部件之一的壓氣機(jī)需要提供更高的壓比，即更大的做功能力。目前壓氣機(jī)設(shè)計都基于定常升力機(jī)制，設(shè)計過程中盡力避免流動分離和葉片升カ的非定常波動。為了獲得更大的做功能力，通常會盡量提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度以獲得更大的升力系數(shù)。在實際工作中由于轉(zhuǎn)子葉片葉尖速度的不斷提高往往導(dǎo)致激波的出現(xiàn)，從而造成激波損失，也會對設(shè)計帶來許多困難。因此，采用目前傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子/靜子的運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計的軸流壓氣機(jī)的做功能力要進(jìn)ー步提高十分困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了進(jìn)一步提高壓氣機(jī)系統(tǒng)的做功能力，本發(fā)明提供了一種能提高軸流式壓氣機(jī)性能的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)，以此利用轉(zhuǎn)子/可控靜子之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生非定常升力，從而大幅度提高壓氣機(jī)做功性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明ー種能提高軸流式壓氣機(jī)性能的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)，包含由主軸帶動的轉(zhuǎn)子葉片排和以預(yù)定頻率、振幅繞自身徑向軸周期性擺動的可控靜子葉片排，它們之間的位置連接關(guān)系是轉(zhuǎn)子按傳統(tǒng)壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子葉片相對后排靜子葉片的位置由測量反饋系統(tǒng)提供，根據(jù)轉(zhuǎn)子葉片相對后排可控靜子葉片的位置，實時的通過驅(qū)動裝置控制靜子葉片不斷的以預(yù)定的振幅擺動，與掠過它的轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生相互作用，提聞載荷。所述轉(zhuǎn)子葉片排是通常所采用的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片；所述可控靜子葉片排是通常所采用的壓氣機(jī)靜子葉片，主要特點在于它可以在驅(qū)動裝置的作用下，繞其徑向軸做預(yù)定幅度的周期性往復(fù)擺動；其中，可控靜子葉片排周期性擺動的頻率范圍是300到2000之間；其中，可控靜子葉片排周期性擺動的幅度范圍是在正負(fù)10度之間。靜子葉片的擺動動カ由主軸通過齒輪、萬向節(jié)和凸輪等作為傳動裝置提供，也可通過對靜子葉片加裝步進(jìn)電機(jī)提供。這種機(jī)構(gòu)相對轉(zhuǎn)子/固定靜子的機(jī)構(gòu)，可以通過轉(zhuǎn)子和可控靜子之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生非定常力，從而提高轉(zhuǎn)子葉片的做功能力，増加整個壓氣機(jī)系統(tǒng)的壓升系數(shù)和壓比。進(jìn)ー步地，可控靜子的擺動頻率、振幅都應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動情 況和實際需要設(shè)定?？煽仂o子相對轉(zhuǎn)子葉片的擺動相位必須經(jīng)過優(yōu)化，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子和可控靜子之間形成附著在葉片表面的非定常渦以生產(chǎn)非定常升力，這對于整體性能的提高尤為重要。采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是可以通過轉(zhuǎn)子/可控靜子之間的配合運(yùn)動，在轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生較高的非定常升力，其平均值會大于靜子固定情況下的結(jié)果。轉(zhuǎn)子升力系數(shù)的提高意味著壓氣機(jī)系統(tǒng)做功能力的增強(qiáng)，出ロ氣體的總壓升會増加。而相對傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子/固定靜子軸流壓氣機(jī)系統(tǒng)，本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)不會増加壓氣機(jī)設(shè)計的長度和體積，而又能產(chǎn)生更高的做功能力。本發(fā)明的可控靜子的擺動幅度只在正負(fù)10度以內(nèi)，靜子的擺動本身只需很小的能量，也不會帶來過多的損失。


圖I本發(fā)明轉(zhuǎn)子/可控靜子機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意中y為周向方向，X為軸向方向，u為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的周向速度，ω為可控靜子的擺動角頻率，第一排為轉(zhuǎn)子葉片，第二排為可控靜子。圖2以主軸作為動カ源，齒輪傳動機(jī)構(gòu)作為傳動裝置的轉(zhuǎn)子/可控靜子機(jī)構(gòu)示意中I、進(jìn)ロ導(dǎo)葉，2、轉(zhuǎn)子，3、靜子，4、齒輪組，5、驅(qū)動裝置，6、主軸。圖3以步進(jìn)電機(jī)作為靜子擺動動力源的裝置示意4在可控靜子作用下轉(zhuǎn)子葉片升カ系數(shù)的變化結(jié)果示意5在可控靜子配合作用下，在不同流量系數(shù)的情況下總壓升系數(shù)的提高示意圖
具體實施例方式本發(fā)明ー種能提高軸流式壓氣機(jī)性能的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)，包含由主軸帶動的轉(zhuǎn)子葉片排和以一定頻率、振幅繞自身徑向軸周期性擺動的可控靜子葉片排，進(jìn)氣ロ通過進(jìn)ロ導(dǎo)葉I調(diào)節(jié)進(jìn)氣條件。為了達(dá)到提高轉(zhuǎn)子葉片的做功性能，需要針對具體的葉片造型和轉(zhuǎn)動速度，計算得到優(yōu)化的靜子葉片擺動幅度和相對轉(zhuǎn)子葉片掠過時刻的相對擺動相位，而不合理的相位和擺動幅度有可能起到負(fù)面的作用。擺動頻率由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子葉
片數(shù)共同決定，./‘ = ·^Λ/,其中f為擺動頻率，隊為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，m為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)。在獲得
理論上的最優(yōu)擺動相位和擺動幅度前提下，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的齒輪傳動或者電機(jī)傳動系統(tǒng)，保證可控靜子葉片按照所需的擺動頻率和幅度配合轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動，從而與轉(zhuǎn)子葉片相互作用產(chǎn)生分非定常高升力，以提高其做功性能。它們之間的位置或結(jié)構(gòu)連接關(guān)系是轉(zhuǎn)子按傳統(tǒng)壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子葉片相對后排靜子葉片的位置有測量反饋系統(tǒng)提供，根據(jù)轉(zhuǎn)子葉片相對后排可控靜子葉片的位置，實時的通過驅(qū)動裝置5和傳動裝置(傳動齒輪和電機(jī))控制靜子葉片不斷的以預(yù)定的振幅擺動，與掠過它的轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生相互作用，提高載荷。所述轉(zhuǎn)子葉片排是通常所采用的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片所述可控靜子葉片排是通常所采用的壓氣機(jī)靜子葉片，主要特點在于它可以在驅(qū)動裝置5的作用下，繞其徑向軸做預(yù)定幅度的周期性往復(fù)擺動；其中，可控靜子葉片排周期性擺動的頻率范圍是500 ；
其中，可控靜子葉片排周期性擺動的幅度范圍是在正負(fù)10度。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖對具體實施方案加以說明如圖I所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動時，靜子葉片繞其徑向軸頻率為500和幅度在正負(fù)10度內(nèi)做簡諧擺動。通過轉(zhuǎn)子和可控靜子葉片之間的相對運(yùn)動，在轉(zhuǎn)子葉片表面產(chǎn)生非定常升力，從而提聞轉(zhuǎn)子葉片的做功能力。如圖2所示，進(jìn)氣ロ通過進(jìn)ロ導(dǎo)葉I調(diào)節(jié)進(jìn)氣條件，通過轉(zhuǎn)子2驅(qū)動主軸6作為動力源，通過齒輪組4傳動機(jī)構(gòu)傳動以驅(qū)動靜子3的葉片的有規(guī)律擺動，并對靜子葉片的擺動幅度、頻率和相位加以控制。如圖3所示，以步進(jìn)電機(jī)直接連接靜子葉片，驅(qū)動其進(jìn)行有規(guī)律的周期性擺動，并對靜子葉片的擺動幅度、頻率和相位加以控制。如圖4所示，由于可控靜子葉片對轉(zhuǎn)子葉片的作用，改變了轉(zhuǎn)子葉片的非定常載荷，是平均的升力系數(shù)大于靜子保持固定靜止的情況，提高做功能力。如圖5所示，經(jīng)過合理的可控靜子擺動頻率、幅度以及相位的優(yōu)化，在不同流量系 數(shù)下，系統(tǒng)的總壓升系數(shù)都明顯提高。
權(quán)利要求
1.一種能提高軸流式壓氣機(jī)性能的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其特征在于它包含由主軸帶動的轉(zhuǎn)子葉片排和以預(yù)定頻率、振幅繞自身徑向軸周期性擺動的可控靜子葉片排；轉(zhuǎn)子按傳統(tǒng)壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子葉片相對后排靜子葉片的位置由測量反饋系統(tǒng)提供，根據(jù)轉(zhuǎn)子葉片相對后排可控靜子葉片的位置，實時的通過驅(qū)動裝置控制靜子葉片不斷的以預(yù)定的振幅擺動，與掠過它的轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生相互作用，提高載荷； 所述轉(zhuǎn)子葉片排是通常所采用的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片； 所述可控靜子葉片排是通常所采用的壓氣機(jī)靜子葉片，其特點在于它在驅(qū)動裝置的作用下，繞其徑向軸做預(yù)定幅度的周期性往復(fù)擺動； 靜子葉片的擺動動カ由主軸通過齒輪、萬向節(jié)和凸輪作為傳動裝置提供，也能通過對靜子葉片加裝步進(jìn)電機(jī)提供，這種機(jī)構(gòu)相對轉(zhuǎn)子/固定靜子的機(jī)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)子和可控靜子之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生非定常力，從而提高轉(zhuǎn)子葉片的做功能力，増加整個壓氣機(jī)系統(tǒng)的壓升系數(shù)和壓比。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種能提高軸流式壓氣機(jī)性能的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其特征在于該可控靜子葉片排周期性擺動的頻率范圍是300到2000之間，周期性擺動的幅度范圍是在正負(fù)10度之間。
全文摘要
一種能提高軸流式壓氣機(jī)性能的轉(zhuǎn)子/可控靜子運(yùn)動機(jī)構(gòu)，包含由主軸帶動的轉(zhuǎn)子葉片排和以預(yù)定頻率、振幅繞自身徑向軸周期性擺動的可控靜子葉片排，轉(zhuǎn)子按傳統(tǒng)壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子葉片相對后排靜子葉片的位置由測量反饋系統(tǒng)提供，根據(jù)轉(zhuǎn)子葉片相對后排可控靜子葉片的位置，實時的通過驅(qū)動裝置控制靜子葉片不斷的以預(yù)定的振幅擺動，與掠過它的轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生相互作用，提高載荷。靜子葉片的擺動動力由主軸通過齒輪、萬向節(jié)和凸輪作為傳動裝置提供，也可通過對靜子葉片加裝步進(jìn)電機(jī)提供。這種機(jī)構(gòu)相對轉(zhuǎn)子/固定靜子的機(jī)構(gòu)，能通過轉(zhuǎn)子和可控靜子之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生非定常力，從而提高轉(zhuǎn)子葉片的做功能力，增加整個壓氣機(jī)系統(tǒng)的壓升系數(shù)和壓比。
文檔編號F04D19/00GK102644609SQ20121014066
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者侯薇, 孫曉峰, 張偉光, 李磊, 杜林 , 王曉宇 申請人:北京航空航天大學(xué)