一种齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构的制作方法

1.本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构。


背景技术：

2.为了提升军民用涡扇发动机的市场竞争力，不断追求更高的热效率和推进效率，现代高性能涡扇发动机的涵道比和总增压比不断提高，同时为了追求更高的环境友好性，污染物排放和噪声要求越来越高，涡扇发动机向着低成本、高性能和高环保特性的方向发展。压缩系统是涡扇发动机中尺寸和重量最大的部件之一，其性能的好坏决定了发动机的推重比和耗油率等参数，且对发动机整机的稳定性和可靠性产生重大影响。提高现有涡扇发动机压缩系统的级压比和级负荷，缩短其尺寸，是提高涡扇发动机性能的有效途径。
3.在现有的涡扇发动机压缩系统的设计过程中，为了保证通流能力和效率，风扇转速较低，半径尺寸较大，而与之匹配的增压级转速低，径向尺寸小，且在高压压气机与增压级之间存在较长的过渡段，极大地增加了发动机的重量，限制了压缩系统的气动性能。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的至少一种缺陷，突破压缩系统的气动极限，最大程度提升压缩系统的性能，本发明提出了一种齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，既能提高涡扇发动机通流能力又可使压缩系统稳定高效工作，有利于从布局上达到更佳的气动性能，实现更高的经济性和环境友好性。
5.本发明的技术方案：
6.一种齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，包括：轮毂、机匣、分流锥、前排转子、后排转子、风扇静子、进口导叶、增压转子、增压静子，过渡段；
7.所述轮毂设置在机匣内部；所述轮毂前端依次固定前排转子和后排转子；
8.所述分流锥设置在后排转子后方；分流锥内侧与轮毂之间构成内涵道，分流锥外侧以及轮毂和机匣之间为外涵道；
9.分流锥外侧和机匣之间固定风扇静子，经过风扇静子的整流作用，气动噪声可进一步降低；
10.内涵道从前到后依次固定进口导叶、增压转子、增压静子；
11.所述内涵道增压静子后方为过渡段；
12.所述轮毂内设有齿轮传动系统，所述齿轮传动系统用于带动前排转子、后排转子和增压转子转动。
13.进一步，所述前排转子、后排转子叶片数量相同且沿周向均布，且均为低轮毂比、宽弦叶片，通过串列方式提升了压缩系统的通流和做功能力；
14.前排转子进口轮毂比为0.25～0.35，展弦比为1.0～1.5；
15.前后排转子叶片交错排列，前排转子朝着后排转子旋转方向相反方向错位15％～
增压转子、9-增压静子、10-过渡段、11-齿轮传动系统、12-大支板、13-小支板。
具体实施方式
35.为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明旨在提供一种齿轮传动涡扇发动机的压缩系统布局结构，能够在大幅度减少发动机压缩系统尺寸的前提下，提升压缩系统的气动性能，降低涡扇发动机的重量和耗油率，提高航空发动机的推重比。
37.具体地，本发明的一种齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构如图1所示，在实施时至少包括以下部分：
38.轮毂1、机匣2、分流锥3、前排转子4、后排转子5、风扇静子6、进口导叶7、增压转子8、增压静子9，过渡段10，可参看图1。
39.本发明的压缩系统轮毂1设置在机匣2内部，轮毂1前端固定前排转子4和后排转子5，前排转子4、后排转子5叶片数量相同且沿周向均布，且均为进口轮毂比小于0.5、展弦比小于2的低轮毂比、宽弦叶片，前排转子4和后排转子5组成串列风扇转子，通过串列方式提升了压缩系统的通流和做功能力。
40.本发明的前排转子4进口轮毂比为0.3，展弦比为1.2，前后排转子叶片交错排列，前排转子4朝着后排转子5旋转方向相反方向错位20％转子栅距，从而达到最佳的级间匹配特性；所述转子栅距为前排转子上两个相邻叶片的周向间距。
41.本发明的分流锥3设置在后排转子5后方，分流锥3内侧与轮毂1之间构成内涵道，分流锥外侧以及轮毂和机匣之间为外涵道，分流锥3外侧和机匣2之间固定风扇静子6，经过风扇静子6的整流作用，气动噪声可进一步降低；
42.本发明的风扇静子6采用复合弯掠造型，不同叶高的掠范围为15％轴向弦长，弯范围为6％轴向弦长，有利于削弱端区流动分离。
43.本发明的内涵道从前到后依次固定进口导叶7、增压转子8、增压静子9；内涵道增压静子9后方为过渡段10，并且轮毂内设有齿轮传动系统11，用于带动前排转子4、后排转子5和增压转子8转动。
44.本发明的增压级级数为2级，每级增压级分别由增压转子8和增压静子9依次组成。增压转子8采用多圆弧叶型和复合弯掠造型，第一级增压转子机匣区域前半部分弦长采用自循环机匣处理，后半部分弦长采用周向槽处理，有利于扩宽不同转速下的稳定工作范围，如图3所示。
45.本发明的增压静子9采用叶身融合一体化设计，静子端壁为具有局部凹凸的非轴对称曲面，非轴对称曲面上的局部凹凸幅值为叶高的5％；末级增压静子9折转角度为60
°
，采用复合弯掠造型，从而达到高效宽裕度的目的。
46.本发明的过渡段10是由局部轮毂外壁和分流锥内壁构成的一个s型通道，可参看
图1；局部轮毂外壁和分流锥内壁采用beizer曲线和b-spline曲线拟合，自由参数数目为5个，可以快捷地开展设计，准确度高且适于优化设计，在过渡段造型方面具有显著的实用价值。
47.本发明的过渡段10进、出口面积比aout/ain为1.1，过渡段进口高度、长度比hin/l为0.5，进口半径、长度比rin/l为1.8，径向落压、长度比δr/l为0.8，为超紧凑设计。
48.本发明的过渡段10内沿圆周方向设有一组承力支板，承力支板包含在周向上均匀分布的6个大支板12和6个小支板13；大支板12为naca叶型，小支板13为多圆弧叶型mca，起到气动消旋和结构支撑的作用；小支板13相对于大支板12的周向位置为30％支板栅距，支板栅距为两个相邻大叶片或相邻小叶片的周向间距，可参看图4；
49.本发明的齿轮传动系统11的齿轮传动比可以根据实际工况改变，范围为3～9。
50.本发明的压缩系统涵道比为6.0；所述涵道比为外涵的流量除以内涵的流量。
51.通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。


技术特征：
1.一种齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于：所述布局结构包括：轮毂、机匣、分流锥、前排转子、后排转子、风扇静子、进口导叶、增压转子、增压静子，过渡段；所述轮毂设置在机匣内部；所述轮毂前端依次固定前排转子和后排转子；所述分流锥设置在后排转子后方；分流锥内侧与轮毂之间构成内涵道，分流锥外侧以及轮毂和机匣之间为外涵道；分流锥外侧和机匣之间固定风扇静子；内涵道从前到后依次固定进口导叶、增压转子、增压静子；所述内涵道增压静子后方为过渡段；所述轮毂内设有齿轮传动系统，所述齿轮传动系统用于带动前排转子、后排转子和增压转子转动。2.根据权利要求1所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，所述前排转子、后排转子叶片数量相同且沿周向均布，且均为低轮毂比、宽弦叶片；前排转子进口轮毂比为0.25～0.35，展弦比为1.0～1.5；前后排转子叶片交错排列，前排转子朝着后排转子旋转方向相反方向错位15％～30％转子栅距；所述转子栅距为前排转子上两个相邻叶片的周向间距。3.根据权利要求1所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，所述风扇静子采用复合弯掠造型，不同叶高的掠范围为10％～25％轴向弦长，弯范围为3％～9％轴向弦长。4.根据权利要求1所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，一组增压转子和一组增压静子构成一级增压级，所述增压级级数为1～3级，每级增压级分别由增压转子和增压静子依次组成；增压转子采用多圆弧叶型和复合弯掠造型。5.根据权利要求4所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，所述增压静子采用叶身融合一体化设计，静子端壁为具有局部凹凸的非轴对称曲面，非轴对称曲面上的局部凹凸幅值为叶高的3％～9％；末级增压静子折转角度为40
°
～70
°
，采用复合弯掠造型。6.根据权利要求1所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，过渡段是由局部轮毂外壁和分流锥内壁构成的一个s型通道；局部轮毂外壁和分流锥内壁采用beizer曲线和b-spline曲线拟合，自由参数数目为3～8个。7.根据权利要求6所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，过渡段进、出口面积比aout/ain为0.8～1.2，过渡段进口高度、长度比hin/l为0.3～0.7，进口半径、长度比rin/l为1.6～2.0，径向落压、长度比δr/l为0.5～1.0。8.根据权利要求7所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，过渡段内沿圆周方向设有一组承力支板，承力支板包含在周向上均匀分布的n个大支板和n个小支板，n为4～8；大支板为naca叶型，小支板为双圆弧叶型dca、多圆弧叶型mca或可控扩散叶型cda；小支板相对于大支板的周向位置为20％～80％支板栅距，支板栅距为两个相邻大叶片或相邻小叶片的周向间距。9.根据权利要求1所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，齿轮传
动系统的齿轮传动比范围为3～9。10.根据权利要求1所述的齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，其特征在于，压缩系统涵道比为4.0～15.0；所述涵道比为外涵的流量除以内涵的流量。

技术总结
本发明公开了一种齿轮传动涡扇发动机压缩系统布局结构，属于航空发动机技术领域，布局结构包括：轮毂、机匣、分流锥、前排转子、后排转子、风扇静子、进口导叶、增压转子、增压静子，过渡段；所述轮毂设置在机匣内部；所述轮毂前端依次固定前排转子和后排转子；所述分流锥设置在后排转子后方；分流锥内侧与轮毂之间构成内涵道，分流锥外侧以及轮毂和机匣之间为外涵道；分流锥外侧和机匣之间固定风扇静子；内涵道从前到后依次固定进口导叶、增压转子、增压静子；所述内涵道增压静子后方为过渡段；所述轮毂内设有齿轮传动系统，所述齿轮传动系统用于带动前排转子、后排转子和增压转子转动。后排转子和增压转子转动。后排转子和增压转子转动。


技术研发人员：黄松 王鹏 汪洋冰 姜继明 于阳
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/6