一種用於冷氣預旋結構的彎孔預旋噴嘴的製作方法
2023-10-18 08:12:34 1
本發明涉及航空發動機空氣系統中的預旋系統
技術領域：
，涉及一種用於冷氣預旋結構的彎孔預旋噴嘴。
背景技術：
：航空發動機推力的提高主要依賴於渦輪前燃氣溫度的提高，但是燃氣溫度的上升使發動機渦輪葉片等高溫部件的工作環境急劇惡化，從而影響渦輪葉片的壽命及工作的可靠性。預旋冷卻系統作為發動機供氣系統的重要組成部分，其作用是為發動機渦輪葉片提供適宜壓力、溫度的冷卻氣體對渦輪葉片進行冷卻，從而延長葉片的使用壽命及可靠性。預旋降溫的原理是氣流經過預旋噴嘴膨脹加速，產生和渦輪盤旋轉方向相同的周向分速度，降低氣流靜溫以及與轉盤的相對速度，從而降低氣流的相對於渦輪盤的相對總溫。已有研究表明，預旋噴嘴設計的優劣直接影響預旋溫降效果。早期國內外研究人員設計的噴嘴主要是直圓孔噴嘴，直圓孔型噴嘴在入口處會產生較大的流動分離，氣流的流動損失大，加速性能差，流量係數低。為提高直圓孔噴嘴的性能，研究人員將噴嘴入口進行倒圓角處理以減輕噴嘴入口的流動損失；後來研究人員將直圓孔噴嘴的入口面積增大，設計了一種氣動孔型噴嘴，這種噴嘴能夠降低氣流在噴嘴入口處的流速，大大減小噴嘴的流動損失，提高流量係數。由於氣動孔型噴嘴入口面積比出口面積大，周向布置個數受到入口面積的制約。為最大限度地提高預旋噴嘴的性能，研究人員設計出了葉柵型噴嘴，這種噴嘴包括壓力面和吸力面，噴嘴入口面積大於噴嘴出口的面積，具有很好的氣動性能，然而葉柵型噴嘴加工和安裝難度較大。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是針對
背景技術：
中所涉及到的缺陷，提供一種用於冷氣預旋結構的彎孔預旋噴嘴。本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案：一種用於冷氣預旋結構的彎孔預旋噴嘴，包含依次相連的入口直段、過渡段和偏轉段；所述入口直段、偏轉段均為直線空心管道，過渡段為圓弧空心管道，且過渡段的軸線分別和偏轉段的軸線、入口直段的軸線相切；所述入口直段、過渡段和偏轉段的橫截面積相同，氣流先經過入口直段、然後通過過渡段、最後從偏轉段噴出；所述過渡段軸線半徑大於彎孔預旋噴嘴的半徑。作為本發明一種用於冷氣預旋結構的彎孔孔型預旋噴嘴進一步的優化方案，所述入口直段的軸線與彎孔預旋噴嘴的上遊盤面垂直，偏轉段與彎孔預旋噴嘴下遊盤面的夾角的範圍為15度至90度。作為本發明一種用於冷氣預旋結構的彎孔孔型預旋噴嘴進一步的優化方案，所述偏轉段的長度大於等於彎孔預旋噴嘴直徑的2倍。作為本發明一種用於冷氣預旋結構的彎孔孔型預旋噴嘴進一步的優化方案，所述入口直段與噴嘴上遊盤面做倒角處理，以減小氣流進入彎孔預旋噴嘴時的損失。本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發明提出的用於預旋系統的彎孔預旋噴嘴，和直圓孔噴嘴相比，能減小氣流在噴嘴入口處的偏轉損失和流動分離損失，增大噴嘴出流速度，提高噴嘴的流量係數以及預旋溫降。和氣動孔型噴嘴和葉柵型噴嘴相比，由於噴嘴入口面積小於噴嘴出口面積，噴嘴的周向布置個數得到提高。附圖說明圖1是本發明彎孔預旋噴嘴的結構示意圖；圖2是本發明彎孔預旋噴嘴的剖視圖；圖3是本發明彎孔預旋噴嘴的進口截面輪廓圖；圖4是本發明彎孔預旋噴嘴的出口截面輪廓圖。圖中，1-噴嘴入口直段，2-噴嘴過渡段，3-噴嘴偏轉段，4-噴嘴上遊盤面，5-噴嘴進口截面輪廓，6-噴嘴下遊盤面，7-噴嘴出口輪廓。具體實施方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：如圖1和圖2所示，本實施例公開了一種用於預旋系統中的彎孔預旋噴嘴，包括入口直段、過渡段和偏轉段。本實施例中噴嘴結構參數：l1-入口段長度，l2-過渡段長度，l3-偏轉段長度，r-過渡段軸線半徑，d-噴嘴直徑，θ-預旋角。入口直段、偏轉段均為直線空心管道，過渡段為圓弧空心管道，入口直段的軸線與彎孔預旋噴嘴上遊盤面垂直，過渡段的軸線分別和偏轉段的軸線、入口直段的軸線相切，偏轉段與彎孔預旋噴嘴下遊盤面的夾角θ為預旋角，預旋角範圍為15度至90度。在垂直於軸線方向，入口直段、過渡段、偏轉段的截面呈圓形，且面積相同，即整個彎孔預旋噴嘴各段的直徑相同。為了保證噴嘴對氣流具有良好的偏轉性能，偏轉段的長度大於等於彎孔預旋噴嘴直徑的2倍。過渡段軸線半徑r必須大於彎孔預旋噴嘴的半徑。可以理解的是，所述入口直段與噴嘴上遊盤面做倒角處理，其優點在於，氣流可以順暢地進入彎孔預旋噴嘴，減小氣流進入彎孔預旋噴嘴時的損失。本實施例中，保證噴嘴徑向位置、總長度以及噴嘴半徑相同的情況下，對比彎孔預旋噴嘴和直圓孔預旋噴嘴的性能差異：噴嘴總流通面積a＝706.86mm2，噴嘴直徑d=5mm，徑向位置130mm，噴嘴數目為n＝36，預旋角度為θ＝30°，過渡段半徑為10mm，噴嘴入口直段長度3.84mm，偏轉段長度為15mm，噴嘴總長度30mm。下表為通過cfd數值模擬得到的壓比1.5時兩種噴嘴的流量係數。從表中可以看出，本發明的彎孔預旋噴嘴的流量係數比直圓孔型噴嘴高8.1％，可以看出，本發明的彎孔預旋噴嘴能夠減小噴嘴內氣流流動損失，增大噴嘴出氣速度，從而提高噴嘴的流量係數。流量係數直圓孔型預旋噴嘴0.719彎孔預旋噴嘴0.778圖3、圖4分別是本發明彎孔預旋噴嘴的進口截面輪廓圖和出口截面輪廓圖。本
技術領域：
技術人員可以理解的是，除非另外定義，這裡使用的所有術語（包括技術術語和科學術語）具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁12