一种辅助动力装置及辅助动力系统的制作方法

本申请属于动力装置，尤其涉及一种辅助动力装置及辅助动力系统。

背景技术：

1、辅助动力装置是装在飞机上的一套不依赖机外任何能源、自成体系的小型发动机，用于为飞机发动机的起动、地面维护等提供电力和压缩空气等辅助能源，对提高飞机的安全性、自主保障性有重要作用。

2、目前，高功重比的辅助动力装置尚属空白，自主研发才刚刚起步，创新发展十分薄弱。随着未来飞机几何空间的进一步限制和性能指标的不懈追求，传统气驱型低功重比的辅助动力装置架构将很难满足总体需求。由此，亟需提供一种高功重比辅助动力装置，以实现紧凑高效的气动布局，提高辅助动力装置的性能，满足未来飞机的功能需求。

技术实现思路

1、为了解决现有的低功重比的apu架构性能较差，无法满足未来飞机的功能需求，本发明提供一种高功重比辅助动力装置及辅助动力系统，能提升辅助动力装置及系统的功重比，最大程度提升辅助动力装置及系统的性能，满足未来飞机的功能需求，所述技术方案如下：

2、第一方面，提供一种辅助动力装置，包括：进气道、高压比单级离心压气机、环形燃烧室、大膨胀比双级涡轮、紧凑过渡段、排气段；

3、所述高压比单级离心压气机由带串列叶片的离心叶轮、带分流叶片的楔形扩压器组成，离心叶轮对来自进气道的气流进行增压处理，楔形扩压器再对气流进行降速增压；

4、所述大膨胀比双级涡轮由涡轮入口导叶、前排涡轮转子、后排涡轮静子、后排涡轮转子、涡轮出口导叶组成，前排涡轮转子和后排涡轮静子之间设有紧凑过渡段，涡轮入口导叶控制来自环形燃烧室的气流流向前排涡轮转子，前排涡轮转子对气流进行减压处理，再控制气流经过紧凑过渡段流向后排涡轮静子和后排涡轮转子，后排涡轮静子和后排涡轮转子对气流再进行减压处理，最后控制气流通过涡轮出口导叶流向排气段；所述紧凑过渡段的进出口面积比为1.0～1.4，中位角为20～40度，无量纲长高比为0.6～1.0。

5、可选地，所述离心叶轮的增压比为7～14；串列叶片的前诱导轮设有s型前缘结构，后工作轮为前掠后弯结构，前诱导轮和后工作轮的相对周向位置为30％～70％栅距，所述栅距为相邻两前诱导轮的周向距离。

6、可选地，所述楔形扩压器设有径向通道和轴向通道，所述楔形扩压器包括：主叶片和分流叶片，主叶片位于径向通道和轴向通道，分流叶片位于轴向通道；来自离心叶轮的气流先进入径向通道的主叶片再进入轴向通道的主叶片和分流叶片。

7、可选地，所述楔形扩压器的主叶片和分流叶片沿所述辅助动力装置的周向均布，数目为20～60。

8、可选地，所述楔形扩压器的分流叶片相对于主叶片的位置由所述辅助动力装置的气动性能和结构强度振动特性确定。

9、可选地，气流从环形燃烧室出口经过涡轮入口导叶后，依次经过前排涡轮转子、紧凑过渡段、后排涡轮静子、后排涡轮转子、涡轮出口导叶，气流经过涡轮入口导叶、前排涡轮转子后的降压能力与气流经过后排涡轮静子、后排涡轮转子后的降压能力的比值为1.5～1.1，总的落压比为6～11。

10、可选地，所述进气道由树脂基碳纤维复合材料加工形成；所述高压比单级离心压气机由钛合金或钛铝合金加工形成，以满足中低温轻质需求。

11、可选地，所述环形燃烧室、大膨胀比双级涡轮、紧凑过渡段、排气段用陶瓷基复合材料加工而成，以满足耐高温轻质需求。

12、可选地，所述进气道中布置有多孔过滤器和进气消音器，以减少吸入外物的可能，降低辅助动力装置的噪声水平。

13、第二方面，提供一种辅助动力系统，包括第一方面任一所述的辅助动力装置。

14、本发明提出的一种高功重比辅助动力装置及辅助动力系统，具有紧凑高效、稳定工作速域宽的优势，有利于提升辅助动力装置及系统的功重比，降低飞机的耗油率，满足新型飞行器高空长航时的飞行需求。

技术特征：

1.一种辅助动力装置，其特征在于，包括：进气道、高压比单级离心压气机、环形燃烧室、大膨胀比双级涡轮、紧凑过渡段、排气段；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离心叶轮的增压比为7～14；串列叶片的前诱导轮设有s型前缘结构，后工作轮为前掠后弯结构，前诱导轮和后工作轮的相对周向位置为30％～70％栅距，所述栅距为相邻两前诱导轮的周向距离。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述楔形扩压器设有径向通道和轴向通道，所述楔形扩压器包括：主叶片和分流叶片，主叶片位于径向通道和轴向通道，分流叶片位于轴向通道；来自离心叶轮的气流先进入径向通道的主叶片再进入轴向通道的主叶片和分流叶片。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述楔形扩压器的主叶片和分流叶片沿所述辅助动力装置的周向均布，数目为20～60。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述楔形扩压器的分流叶片相对于主叶片的位置由所述辅助动力装置的气动性能和结构强度振动特性确定。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，气流从环形燃烧室出口经过涡轮入口导叶后，依次经过前排涡轮转子、紧凑过渡段、后排涡轮静子、后排涡轮转子、涡轮出口导叶，气流经过涡轮入口导叶、前排涡轮转子后的降压能力与气流经过后排涡轮静子、后排涡轮转子后的降压能力的比值为1.5～1.1，总的落压比为6～11。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进气道由树脂基碳纤维复合材料加工而成；所述高压比单级离心压气机由钛合金或钛铝合金加工而成。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形燃烧室、大膨胀比双级涡轮、紧凑过渡段、排气段由陶瓷基复合材料加工而成。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进气道中布置有多孔过滤器和进气消音器。

10.一种辅助动力系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的辅助动力装置。

技术总结
本发明提供一种辅助动力装置及辅助动力系统，属于动力装置技术领域，该辅助动力装置中，离心叶轮对来自进气道的气流进行增压处理，楔形扩压器再对气流进行降速增压；大膨胀比双级涡轮由涡轮入口导叶、前排涡轮转子等组成，前排涡轮转子和后排涡轮静子之间设有紧凑过渡段，涡轮入口导叶控制来自环形燃烧室的气流流向前排涡轮转子，前排涡轮转子对气流进行减压处理，再控制气流经过紧凑过渡段流向后排涡轮静子和后排涡轮转子，后排涡轮静子和后排涡轮转子对气流再进行减压处理，最后控制气流通过涡轮出口导叶流向排气段；为高功重比辅助动力装置，可实现紧凑高效的气动布局，提高辅助动力装置的性能，满足未来飞机的功能需求。

技术研发人员：黄松,王鹏,姜继明
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：
技术公布日：2024/3/21