整流器、流道结构、组合压气机、航空燃气涡轮发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及航空发动机领域，尤其涉及具有负曲率流道的整流器、组合压气机的流道结构、具有该流道结构的组合压气机、以及具有该组合压气机的航空燃气涡轮发动机。
技术背景
[0002]与大推力航空发动机均采用大流量、高压比的多级轴流压气机结构形式不同，组合压气机是中小推力航空发动机压缩系统的主要结构型式。
[0003]轴流+离心组合压气机结合了轴流流道平滑、效率高，以及离心级流量小、工作范围宽广、零件少和可靠性高的特点，广泛用于中小流量的航空燃气涡轮发动机中。
[0004]对于现代高性能轴流+离心组合压气机，级间通常采用无过渡段设计。由于取消了过渡段，组合压气机的轴向长度更短，效率更高。然而无过渡段的设计也给轴流级、离心级各自的优化及两者匹配带来一定的困难。对于轴流级来说，需要通过抬高轴流叶轮出口直径，增加其做功能力，实现更高的单级压比，从而减少压气机的零部件数、重量和制造成本；而对于离心叶轮来说，要求大的入口面积、小的入口马赫数及小的入口轮毂直径，以保证离心级具有较高的效率和喘振裕度，这与轴流级出口较大的轮毂比是矛盾的，轴流级整流器出口轮毂直径的降低会带来轴流级整流器根部载荷的升高、流动出现分离以及损失较大等不利影响。
[0005]因此，亟需探索一种兼顾了轴流压气机高出口 /入口平均半径比(增强做功能力)和离心压气机低入口轮毂比的双重要求的新型组合压气机流道结构。
【发明内容】
[0006]为了克服现有中小型航空燃气涡轮发动机采用多级轴流或者轴流-离心组合压气机所存在的单级压比低、级数多、重量大、制造成本高的问题，提出本发明。
[0007]根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种具有负曲率流道的整流器，所述整流器的入口适于与轴流压气机相通，而出口适于与离心压气机相通，所述整流器包括:内环面；外环面；设置在内环面与外环面之间的负曲率流道，所述负曲率流道由多个负曲率管道构成，管道在圆周方向上均布且彼此间隔开、且彼此间隔开且每一个管道的出口流通面积与入口流通面积之比落入1.2?1.4的范围内。
[0008]可选地，所述管道的截面形状为圆形、椭圆形或者类椭圆形。
[0009]可选地，每一个管道的中心线与轴流压气机的旋转轴线的夹角为25°?45° ;每一个管道的无量纲比值L/H小于1.5，其中，L为管道的轴向长度，H为管道出口的径向高度。
[0010]根据本发明的实施例的另一方面，还提出了一种组合压气机的流道结构，包括:作为第一级的单级轴流压气机，具有轴流叶轮；具有负曲率流道的整流器；和作为第二级的离心压气机，具有离心叶轮，其中:所述整流器为上述的整流器；每一个管道的入口与轴流压气机的出口连通，每一个管道的出口与离心压气机连通；轴流叶轮入口平均半径小于管道的入口平均半径，管道的出口平均半径小于管道的入口平均半径。
[0011]可选地，所述管道的数目为轴流叶轮叶片数的1.5?2倍。
[0012]可选地，所述管道的数目为离心叶轮叶片数的1.5?2倍。
[0013]可选地，所述管道的出口相对于所述管道的入口沿圆周方向上偏移，偏移方向与轴流叶轮的旋转方向一致。
[0014]本发明的实施例还涉及一种组合压气机，包括:转轴；上述的组合压气机的流道结构；设置在离心叶轮下游的径向扩压器；以及设置在径向扩压器下游的轴向扩压器，其中，所述组合压气机的轴流叶轮和离心叶轮绕转轴的轴线旋转。
[0015]本发明的实施例还涉及一种航空燃气涡轮发动机，包括上述的组合式压气机。
[0016]基于本发明的技术方案的组合压气机，具有结构简单紧凑、零部件少、转子长度短和加工维护费用低等优势。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的一个实施例的具有负曲率管道式整流器的组合压气机的流道示意图。
[0018]图2为本发明的具有负曲率管道式整流器的组合压气机的三维立体示意图。
[0019]附图标记说明:轴流叶轮1、整流器2、离心叶轮3、径向扩压器4、轴向扩压器5，压气机转轴6。
【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的底部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0021]如图1所示，本发明提出了一种具有负曲率流道的整流器2，所述整流器2的入口适于与轴流压气机(在图1中以轴流叶轮I表示)相通，而出口适于与离心压气机(在图1中以离心叶轮3表示)相通。参见图1和图2，整流器2包括:内环面21 ;外环面22;设置在内环面与外环面之间的负曲率流道，负曲率流道由多个负曲率管道23构成，管道23在圆周方向上均布且彼此间隔开、且每一个管道23的出口流通面积与入口流通面积之比落入1.2?1.4的范围内，例如该比值可以是1.2、1.25、1.3、1.35、1.4，以在保证整流器内流动不分离的前提下实现气流最大整流。
[0022]利用该整流器2，可以将来自整流器上游的轴流压气机的气流均匀分布到整流器下游的离心压气机。
[0023]现有技术中采用叶片式整流器，但是该叶片式整流器存在曲率变化大、加工难度大的问题，而且在叶片的根部还存在气流分离，而本发明的管道式负曲率整流器具有结构简单，加工成本低，同时避免负曲率流道下叶片根部分离问题，能够最大程度提高整流器性會K。
[0024]整流器可以由钢制成，具体地，可以在具有负曲率的钢环中，在内环面与外环面之间直接钻出管道。整流器也可以通过铸造工艺一体制成。
[0025]可选地，所述管道的截面形状为圆形、椭圆形或者类椭圆形。如此，各管道相贯形成燕尾型前缘，能够更好地适应轴流叶轮出口不均匀来流，提高整流器性能。
[0026]如图1所示，可选地，每一个管道的中心线与组合压气机的旋转轴线的夹角Θ为25°?45°，每一个管道的无量纲比值L/H小于1.5，以保证整流器具有较高的总压恢复性能和出口流场均匀性，其中，L为管道的轴向长度，H为管道出口的径向高度。Θ可以为25度、30度、45度。
[0027]相应地，本发明也提出了一种组合压气机的流道结构，如图1所示，该流道结构包括:作为第一级的单级轴流压气机，具有轴流叶轮I ;上述