一种超音速叶栅喷嘴

1.本实用新型涉及航空航天动力机械技术领域，特别是一种超音速叶栅喷嘴。


背景技术：

2.工业革命以来，动力系统作为工业发展的血液一直是经济和军事发展的命脉。国外有关经验认为，当功率要求高于110kw时，涡轮发动机比活塞式发动机具有更高的效率。而且涡轮发动机更容易控制径向尺寸，可以实现连续做功，在震动与噪声控制方面也具有更大优势，在航空航天领域得到了广泛的应用。
3.涡轮的工作原理为：高温高压的气体在叶珊内膨胀加速将焓转化为气体的动能，高速气流冲击动叶使其旋转，从而提供动力，对于超音速高负荷涡轮的研究从上世纪中叶就开始了，而研究的重点在于优化常规叶珊的叶型以降低气流超音速后引起的气动损失，这种改进可以在一定程度上降低激波损失及二次损失，但超音速气流绕旋转轴的偏转会引起额外的气动损失却无法解决。经过发明人长期研究，发明了一种超音速叶栅喷嘴。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种超音速叶栅喷嘴。
5.本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种超音速叶栅喷嘴，包括亚声速段、加速段和出口段，亚声速段、加速段和出口段依次光滑连接，且加速段的截面为梯形，亚声速段、加速段和出口段均为中空状，亚声速段用于连通来流，出口段用于连通涡轮转子流动域。
6.优选的，亚声速段包括圆弧面a、平面a和圆弧面b，圆弧面a的一端与加速段连接，圆弧面a的另一端与平面a的一端连接，平面a的另一端与圆弧面b的一端连接，且平面a为亚声速段的入口，圆弧面b的另一端与加速段连接。
7.优选的，加速段包括平面b和平面c，圆弧面a的一端与平面b连接，平面b的另一端与出口段连接，圆弧面b的另一端与平面c的一端连接，平面c的另一端与出口段连接。
8.优选的，出口段的截面为三角形。
9.优选的，出口段包括平面d和平面e，平面d的一端与平面b的另一端连接，平面d的另一端与平面e的一端连接，平面e的另一端与平面c连接，且平面e为出口段的出口。
10.优选的，平面d与平面b之间形成一钝角。
11.本实用新型具有以下优点：本实用新型使气流依次经过亚声速段、加速段和出口段，从而实现了气流的大落压比膨胀，由于加速段的截面为梯形，所以加速段的气流中心线为直线，可避免气流大角度偏转所带来的气动损失，从而提高了气流膨胀的均匀性。
附图说明
12.图1为喷嘴截面的结构示意图；
13.图2为喷嘴的结构示意图；
14.图中，1-平面a，2-亚声速段，3-加速段，4-出口段，5-平面e，6-气流中心线，11-圆弧面a，12-圆弧面b，13-平面b，14-平面c，15-平面d。
具体实施方式
15.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
16.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
17.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
18.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
19.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语里的“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.在本实施例中，如图1所示，一种超音速叶栅喷嘴，包括亚声速段2、加速段3和出口段4，亚声速段2、加速段3和出口段4依次光滑连接，且加速段3的截面为梯形，亚声速段2、加速段3和出口段4均为中空状，亚声速段2用于连通来流，出口段4用于连通涡轮转子流动域。使气流依次经过亚声速段2、加速段3和出口段4，从而实现了气流的大落压比膨胀，由于加速段3的截面为梯形，所以加速段3的气流中心线6为直线，可避免气流大角度偏转所带来的气动损失，从而提高了气流膨胀的均匀性。在本实施例中，气流中心线6是一条参考线，目的是便于理解。
22.进一步的，亚声速段2包括圆弧面a11、平面a1和圆弧面b12，圆弧面a11的一端与加速段3连接，圆弧面a11的另一端与平面a1的一端连接，平面a1的另一端与圆弧面b12的一端连接，且平面a1为亚声速段2的入口，圆弧面b12的另一端与加速段3连接。
23.再进一步的，加速段3包括平面b13和平面c14，圆弧面a11的一端与平面b13连接，
平面b13的另一端与出口段4连接，圆弧面b12的另一端与平面c14的一端连接，平面c14的另一端与出口段4连接。具体地说，由于加速段3的截面为梯形，也就是说，平面b13和平面c14相当于梯形的两腰，且平面b13和平面c14关于气流中心线对称，具有均匀的扩张性，可避免气流大角度偏转所带来的气动损失。
24.在本实施例中，出口段4的截面为三角形。进一步的，出口段4包括平面d15和平面e5，平面d15的一端与平面b13的另一端连接，平面d15的另一端与平面e5的一端连接，平面e5的另一端与平面c14连接，且平面e为出口段4的出口。具体地说，出口段4的截面呈三角形，可以使气流均匀的流出喷嘴，其中，平面d15与气流中心线6平行，优选的，平面d15与平面b13之间形成一钝角，也就是说，平面d15与平面b13的连接处存在小角度偏转，相当于在该位置进行倒圆处理，其主要目的是为了避免超音速气流转折产生激波，降低气动损失。
25.尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种超音速叶栅喷嘴，其特征在于：包括亚声速段(2)、加速段(3)和出口段(4)，所述亚声速段(2)、所述加速段(3)和所述出口段(4)依次光滑连接，且所述加速段(3)的截面为梯形，所述亚声速段(2)、所述加速段(3)和所述出口段(4)均为中空状，所述亚声速段(2)用于连通来流，所述出口段(4)用于连通涡轮转子流动域。2.根据权利要求1所述的一种超音速叶栅喷嘴，其特征在于：所述亚声速段(2)包括圆弧面a(11)、平面a(1)和圆弧面b(12)，所述圆弧面a(11)的一端与所述加速段(3)连接，所述圆弧面a(11)的另一端与所述平面a(1)的一端连接，所述平面a(1)的另一端与所述圆弧面b(12)的一端连接，且所述平面a(1)为所述亚声速段(2)的入口，所述圆弧面b(12)的另一端与所述加速段(3)连接。3.根据权利要求2所述的一种超音速叶栅喷嘴，其特征在于：所述加速段(3)包括平面b(13)和平面c(14)，所述圆弧面a(11)的一端与所述平面b(13)连接，所述平面b(13)的另一端与所述出口段(4)连接，所述圆弧面b(12)的另一端与所述平面c(14)的一端连接，所述平面c(14)的另一端与所述出口段(4)连接。4.根据权利要求3所述的一种超音速叶栅喷嘴，其特征在于：所述出口段(4)的截面为三角形。5.根据权利要求4所述的一种超音速叶栅喷嘴，其特征在于：所述出口段(4)包括平面d(15)和平面e(5)，所述平面d(15)的一端与所述平面b(13)的另一端连接，所述平面d(15)的另一端与所述平面e(5)的一端连接，所述平面e(5)的另一端与所述平面c(14)连接，且所述平面e(5)为所述出口段(4)的出口。6.根据权利要求5所述的一种超音速叶栅喷嘴，其特征在于：所述平面d(15)与所述平面b(13)之间形成一钝角。

技术总结
本实用新型公开了一种超音速叶栅喷嘴，应用于高负荷涡轮，可代替常规涡轮静叶叶栅，实现气流的大膨胀比加速，包括亚声速段、加速段和出口段，亚声速段、加速段和出口段依次光滑连接，且加速段的截面为梯形，亚声速段、加速段和出口段均为中空状，亚声速段用于连通来流，出口段用于连通涡轮转子流动域。本实用新型的有益效果是：使气流依次经过亚声速段、加速段和出口段，从而实现了气流的大落压比膨胀，由于加速段的截面为梯形，所以加速段的气流中心线为直线，可避免气流大角度偏转所带来的气动损失，从而提高了气流膨胀的均匀性。从而提高了气流膨胀的均匀性。从而提高了气流膨胀的均匀性。


技术研发人员：刘天舒 李川 罗金生 马超 朱心海
受保护的技术使用者：绵阳职业技术学院
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/28