一种双涵道核心机驱动风扇级的制作方法

1.本技术属于航空发动机技术领域，特别涉及一种双涵道核心机驱动风扇级。


背景技术：

2.核心机驱动风扇级(cdfs)是变循环发动机实现核心机流量和涵道比调节的一个重要特征部件。现有核心机驱动风扇级的技术方案多为单涵布局，其结构形式与常规单级压气机相近，如图1所示。在cdfs出口，气流分成两部分，一部分进入内涵高压压气机，另一部分经前涵道汇入发动机外涵。前涵道出口带有前涵道引射器，具有面积调节功能，该出口面积与外涵压力共同影响cdfs工作状态，同时配合cdfs进口导叶vigv、cdfs出口静子s1和高压压气机可调叶片的调节，可以实现cdfs流量和出口涵道比的变化。
3.传统核心机驱动风扇级布局具有以下缺点：
4.1、cdfs与高压压气机气动耦合性较强，cdfs静子设计既要满足cdfs自身效率和喘振裕度的需求，又要满足高压压气机的流量调节需求，给压缩系统的高性能设计和级间匹配带来了困难。
5.2、外涵道压力影响cdfs的级压比，进而影响高压压气机进口换算转速，带来cdfs压比提高/降低，导致高压换算转速降低/提高、流量减小/增加、增压能力减弱/增强的矛盾，为整机匹配带来了困难。
6.3、在双涵模式下，核心机出口压力下降会导致外涵道出口压力降低，进而导致cdfs压比下降，为了提高cdfs压比，需要采用机构复杂的前涵道引射器调节cdfs出口面积。
7.前涵道位于cdfs与高压压气机之间，压缩系统轴向尺寸长。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题，本技术提供了一种双涵道核心机驱动风扇级，包括：
9.外涵机匣，前机匣、后机匣以及叶片；
10.外涵机匣套在前机匣与后机匣外侧，外涵机匣与前机匣、后机匣形成外涵通道；前机匣与后机匣形成内涵道；
11.前机匣的后端部分位于后机匣的径向外侧，前机匣与后机匣形成联通内涵道与外涵道的分流通道，后机匣前端面形成分流通道的入口；
12.在分流通道的入口处具有cdfs转子，cdfs转子具有分流环，分流环与后机匣的前端面径向位置平齐；
13.在cdfs转子前端具有内涵进口导叶，内涵进口导叶的叶尖安装在导叶分流机匣上，导叶分流机匣后端的径向位置与cdfs转子分流环前端的径向位置相同，前机匣上的前角度调节机构控制内涵进口导叶角度偏转；
14.在cdfs转子后端具有内涵静子叶片，内涵静子叶片通过后角度调节机构调节角度。
15.优选的是，在导叶分流机匣与前机匣之间具有角度可调的外涵进口可变弯度导
叶。
16.优选的是，分流通道中具有外涵静子叶片，外涵静子叶片的角度通过角度调节装置调节偏转角度。
17.优选的是，角度调节装置一端穿过前机匣与内涵进口导叶连接，另一端通过作动筒与连杆机构连接。
18.优选的是，后机匣包括形成内涵道的第一壁面以及形成分流通道与外涵道的第二壁面，第一壁面与第二壁面在后机匣的前端处连接，第一壁面与第二壁面沿气流流动方向逐渐远离形成预设夹角。
19.优选的是，分流通道的截面轴线与内涵通道的截面轴线之间的夹角不超过40度。
20.优选的是，变循环发动机在单涵模式时，前涵道出口压力p5调高，外涵进口可变弯度导叶与外涵静子叶片开角度调节，内涵进口导叶与内涵静子叶片开角度或略关调节；变循环发动机在双涵模式时，调节前涵道出口压力p5至一个较低的状态，使前涵道出口压力p5和风扇出口压力p4平衡，同时外涵进口可变弯度导叶与外涵静子叶片关角度至极限状态，内涵进口导叶与内涵静子叶片偏关调节。
21.本技术的优点包括：本技术提出的双涵道核心机驱动风扇级可以实现cdfs内外涵道气动流场的相互独立和流量、压比的独立调节，消除了常规布局外涵道压力影响内涵核心机增压能力的弊端；可以取消机构复杂的前涵道引射器，缩短压缩系统轴向长度；cdfs内涵与高压压气机组成的内涵压气机可以更好的实现核心压气机性能和整机匹配。
附图说明
22.图1是本技术一优选实施方式双涵道核心机驱动风扇级结构示意图；
23.图2常规布局cdfs在整机中的匹配关系示意图；
24.图3是本技术一优选实施方式cdfs在整机中的匹配关系示意图。
具体实施方式
25.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，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，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
26.为了解决上述问题，本技术提供了一种双涵道核心机驱动风扇级，包括：外涵机匣11，前机匣6、后机匣9以及叶片；
27.外涵机匣11套在前机匣6与后机匣9外侧，外涵机匣11与前机匣6、后机匣9形成外涵通道；前机匣6与后机匣9形成内涵道；
28.前机匣6的后端部分位于后机匣9的径向外侧，前机匣6与后机匣9形成联通内涵道与外涵道的分流通道，后机匣9前端面形成分流通道的入口；
29.在分流通道的入口处具有cdfs转子1，cdfs转子1具有分流环，分流环与后机匣9的
前端面径向位置平齐；
30.在cdfs转子1前端具有内涵进口导叶2，内涵进口导叶2的叶尖安装在导叶分流机匣10上，导叶分流机匣10后端的径向位置与cdfs转子1分流环前端的径向位置相同，前机匣6上的前角度调节机构21控制内涵进口导叶2角度偏转；
31.在cdfs转子1后端具有内涵静子叶片4，内涵静子叶片4通过后角度调节机构41调节角度。在导叶分流机匣10与前机匣6之间具有角度可调的外涵进口可变弯度导叶3。分流通道中具有外涵静子叶片5，外涵静子叶片5的角度通过角度调节装置调节偏转角度。角度调节装置一端穿过前机匣6与内涵进口导叶2连接，另一端通过作动筒与连杆机构连接。后机匣9包括形成内涵道的第一壁面以及形成分流通道与外涵道的第二壁面，第一壁面与第二壁面在后机匣9的前端处连接，第一壁面与第二壁面沿气流流动方向逐渐远离形成预设夹角。分流通道的截面轴线与内涵通道的截面轴线之间的夹角不超过40度。
32.本技术在不同工作模式下cdfs内、外涵的匹配、调节方案
33.a)变循环发动机在单涵模式时，通常希望外涵压力高，产生较大的外涵速度和外涵推力，同时也希望内涵流量大，产生较大的内涵推力。如采用常规布局cdfs，如图2，较高的外涵(前涵道出口)压力p5会使cdfs出口压力p2提高，进而导致高压压气机进口换算转速n2下降，流量m2下降，可见外涵压力与内涵流量存在一定的矛盾；在本专利提出的双涵道cdfs布局中，外涵压力p5只影响cdfs外涵压比，不影响cdfs内涵压比，即可实现外涵压力与内涵压气机流量、压比的解耦。
34.在单涵模式下，采用本专利提出的cdfs布局，配合较高的前涵道出口压力p5，以及cdfs外涵可调叶片，包括不限于外涵进口可变弯度导叶3与外涵静子叶片5开角度调节、内涵可调叶片，包括不限于内涵进口导叶2与内涵静子叶片4开角度或略关调节，即可同时实现较高的cdfs外涵压比和略低的cdfs内涵压比，进而同时实现较大的外涵速度v4、较高的高压进口换算转速n2、较大的高压流量m2，解决了外涵压力与内涵流量的矛盾，使发动机产生更大的推力。
35.b)变循环发动机在双涵模式时，通常希望外涵流量大、压比低，内涵流量小、压比高。如采用常规布局cdfs，较低的外涵道压力p5会使cdfs出口压力偏低，导致高压压气机进口换算转速n2偏高，流量m2偏高，得到一个内涵流量偏大的匹配状态，不满足双涵模式大涵道比的需求。而采用本专利的双涵道cdfs布局，则可以实现cdfs外涵压比偏低、cdfs内涵压比偏高的匹配，进而达到减小高压压气机进口换算转速n2和流量m2，增大整机涵道比的目的。
36.在双涵模式下，采用本专利提出的cdfs布局，调节外涵(前涵道出口)压力p5至一个较低的状态，使外涵(前涵道出口)压力p5和风扇出口压力p4平衡，同时配合cdfs外涵可调叶片关角度至极限状态，如外涵进口可变弯度导叶与外涵静子叶片5关角度至极限状态，实现cdfs外涵匹配在一个较低的流量和压比状态。cdfs内涵可调叶片偏关调节，例如内涵进口导叶2与内涵静子叶片4偏关调节；使cdfs内涵压比匹配在一个比外涵压比高的适当工况，实现较低的高压进口换算转速n2和较小的高压流量m2。这样就在较低的外涵压力p5下，得到了比常规布局更小的内涵流量和更大的内涵压比，以及更大的整机涵道比。
37.本专利提出的cdfs特征在于；
38.a)通过带分流环的转子1和内外涵独立静子的结构实现了cdfs的双涵布局，使气
流在cdfs进口就分成两部分，一部分进入cdfs内涵道，另一部分进入cdfs外涵道，保证了内外涵道气动流场的相互独立；
39.b)通过外涵道压力p5、高压压气机出口压力p3以及内外涵角度调节机构(4、5)的分别调节，实现了cdfs内外涵流量、压比的独立调节能力，可以更好的满足变循环发动机核心机流量、涵道比的调节需求；
40.c)实现了一个相对独立的内涵压气机，发动机外涵道压力只影响cdfs外涵压比，不影响内涵压气机的增压能力，不再需要前涵道引射器去调节cdfs内涵和高压压气机的匹配，因此本专利将其取消，既降低了发动机重量，又简化了压缩系统调节规律。
41.d)与现有布局cdfs相比，减小了cdfs与高压压气机之间的轴向距离，结构更加紧凑，同时有利于提高高压压气机切线速度。
42.基于上述特征，本技术的优点包括：本技术提出的双涵道核心机驱动风扇级可以实现cdfs内外涵道气动流场的相互独立和流量、压比的独立调节，消除了常规布局外涵道压力影响内涵核心机增压能力的弊端；可以取消机构复杂的前涵道引射器，缩短压缩系统轴向长度；cdfs内涵与高压压气机组成的内涵压气机可以更好的实现核心压气机性能和整机匹配。
43.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种双涵道核心机驱动风扇级，其特征在于，包括：外涵机匣(11)，前机匣(6)、后机匣(9)以及叶片；外涵机匣(11)套在前机匣(6)与后机匣(9)外侧，外涵机匣(11)与前机匣(6)、后机匣(9)形成外涵通道；前机匣(6)与后机匣(9)形成内涵道；前机匣(6)的后端部分位于后机匣(9)的径向外侧，前机匣(6)与后机匣(9)形成联通内涵道与外涵道的分流通道，后机匣(9)前端面形成分流通道的入口；在分流通道的入口处具有cdfs转子(1)，cdfs转子(1)具有分流环，分流环与后机匣(9)的前端面径向位置平齐；在cdfs转子(1)前端具有内涵进口导叶(2)，内涵进口导叶(2)的叶尖安装在导叶分流机匣(10)上，导叶分流机匣(10)后端的径向位置与cdfs转子(1)分流环前端的径向位置相同，前机匣(6)上的前角度调节机构(21)控制内涵进口导叶(2)角度偏转；在cdfs转子(1)后端具有内涵静子叶片(4)，内涵静子叶片(4)通过后角度调节机构(41)调节角度。2.如权利要求1所述的双涵道核心机驱动风扇级，其特征在于，在导叶分流机匣(10)与前机匣(6)之间具有角度可调的外涵进口可变弯度导叶(3)。3.如权利要求2所述的双涵道核心机驱动风扇级，其特征在于，分流通道中具有外涵静子叶片(5)，外涵静子叶片(5)的角度通过角度调节装置调节偏转角度。4.如权利要求1所述的双涵道核心机驱动风扇级，其特征在于，角度调节装置一端穿过前机匣(6)与内涵进口导叶(2)连接，另一端通过作动筒与连杆机构连接。5.如权利要求1所述的双涵道核心机驱动风扇级，其特征在于，后机匣(9)包括形成内涵道的第一壁面以及形成分流通道与外涵道的第二壁面，第一壁面与第二壁面在后机匣(9)的前端处连接，第一壁面与第二壁面沿气流流动方向逐渐远离形成预设夹角。6.如权利要求1所述的双涵道核心机驱动风扇级，其特征在于，分流通道的截面轴线与内涵通道的截面轴线之间的夹角不超过40度。7.如权利要求3所述的双涵道核心机驱动风扇级，其特征在于，变循环发动机在单涵模式时，前涵道出口压力p5调高，外涵进口可变弯度导叶(3)与外涵静子叶片(5)开角度调节，内涵进口导叶(2)与内涵静子叶片(4)开角度或略关调节；变循环发动机在双涵模式时，调节前涵道出口压力p5至一个较低的状态，使前涵道出口压力p5和风扇出口压力p4平衡，同时外涵进口可变弯度导叶(3)与外涵静子叶片(5)关角度至极限状态，内涵进口导叶(2)与内涵静子叶片(4)偏关调节。

技术总结
本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种双涵道核心机驱动风扇级，包括CDFS转子、内涵进口导叶及其角度调节机构、外涵进口可变弯度导叶及其角度调节机构、内涵静子叶片及其角度调节机构、外涵静子叶片、前机匣。本申请CDFS的内涵与后面压气机转子、压气机静子、后机匣可以组成一个相对独立的内涵压气机，通过带分流环的转子和内外涵独立静子的结构实现了CDFS的双涵布局，使气流在CDFS进口就分成两部分，一部分进入CDFS内涵道，另一部分进入CDFS外涵道，保证了内外涵道气动流场的相互独立。立。立。


技术研发人员：李晓庆 徐磊 尹松 尹海宝 孟德君
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/6/27