用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的領(lǐng)域，尤其涉及用于飛行器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的領(lǐng)域。本發(fā)明更具體地涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(具體用于直升飛機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī))的壓縮組件并且涉及配備有這種組件的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]按照已知的方式，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮組件或壓縮機(jī)，壓縮組件包括空氣進(jìn)口導(dǎo)管和至少一個(gè)空氣壓縮級(jí)，壓縮機(jī)包括至少一個(gè)可動(dòng)壓縮機(jī)輪，導(dǎo)管排放到至少一個(gè)可動(dòng)壓縮機(jī)輪上。
[0003]這種壓縮組件具有通常被稱為喘振線的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性極限，這具體限制了渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的加速能力。在低的運(yùn)行速度下，壓縮組件的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性極限與第一壓縮級(jí)的空氣動(dòng)力過載有關(guān)聯(lián)，從而導(dǎo)致到達(dá)第一可動(dòng)輪的空氣流的影響過大。
[0004]本申請(qǐng)人申請(qǐng)的專利申請(qǐng)F(tuán)R2970508中描述的已知的方案在于:在第一可動(dòng)壓縮機(jī)輪的上游的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)口導(dǎo)管中安裝被稱為預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的格柵，以便通過使所述格柵沿第一可動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)方向定向來減小到達(dá)所述第一可動(dòng)輪的空氣流的影響。
[0005]這種預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵包括被稱為可變節(jié)距輪葉的可定向的進(jìn)口導(dǎo)向輪葉，進(jìn)口導(dǎo)向輪葉被安裝在外殼上并且均勻分布在空氣進(jìn)口導(dǎo)管內(nèi)。格柵經(jīng)由控制環(huán)被設(shè)定，也就是說，輪葉經(jīng)由控制環(huán)被定向，并且這使得可動(dòng)輪的進(jìn)口處的空氣流的速度能夠被調(diào)整，以便改變到達(dá)第一可動(dòng)輪的空氣流的影響。
[0006]這種預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的一種已知的布置在于:將格柵的輪葉布置成使得輪葉的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度以及因此空氣流的定向角度能夠根據(jù)空氣導(dǎo)管的高度變化，空氣流的定向角度在空氣導(dǎo)管的給定高度處被限定為空氣流被預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的輪葉相對(duì)偏斜。換而言之，空氣流的定向角度隨著空氣進(jìn)口導(dǎo)管相對(duì)于渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的軸的徑向距離的變化而變化。
[0007]圖1至圖3為來自現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵5的兩個(gè)輪葉10和可動(dòng)壓縮機(jī)輪15的兩個(gè)葉片20的組件的頭部的示意性橫截面。格柵5的連續(xù)的輪葉10間隔一距離SI，距離SI被稱為節(jié)距。每個(gè)輪葉10具有彎曲的橫截面并且在輪葉10的上游端部和下游端部之間(即，輪葉10的前緣和尾緣之間)限定了一弦長Cl。
[0008]當(dāng)預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵5例如針對(duì)預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵5的控制環(huán)(未示出)的等于0°的設(shè)定值在壓縮機(jī)的高的運(yùn)行速度下打開時(shí)，格柵5的輪葉10的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度通常(相對(duì)于軸線X’ X)在大約0° (在空氣導(dǎo)管的底部處)和多達(dá)大約15° (在空氣導(dǎo)管的頂部處)的值之間。進(jìn)入格柵的空氣流F因此偏斜一定向角度Ct1，定向角度α ^妾近輪葉的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度并且定向角度Ct1在格柵的出口處根據(jù)絕對(duì)速度V1下的空氣導(dǎo)管的高度介于0°和15°之間，其中(沿軸線Χ’Χ的)軸向分量為Vzl。例如在使用直升飛機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下在起飛期間，格柵5的這種設(shè)定被用于壓縮機(jī)的高的運(yùn)行速度，具體地在最大運(yùn)行速度下。
[0009]在壓縮機(jī)的低的運(yùn)行速度下，如圖2所示，格柵5至少部分地關(guān)閉，以便減小空氣動(dòng)力負(fù)載并且通過朝向低流速移動(dòng)壓縮機(jī)的喘振線來增大喘振裕度，同時(shí)朝向高流速移動(dòng)運(yùn)行線，從而使渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)能夠獲得高的加速能力。在這種布置中，預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵5的控制環(huán)(未示出)通常被設(shè)定為例如大約為65°的值，對(duì)此格柵5的輪葉10的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度根據(jù)空氣導(dǎo)管中的流量的高度而介于65°和80°之間。
[0010]在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)(打開的格柵)的高的運(yùn)行速度下，當(dāng)在空氣導(dǎo)管的頂部處到達(dá)壓縮機(jī)的第一可動(dòng)輪15的空氣流的相對(duì)速度Wl高時(shí)，例如使得可動(dòng)輪的頭部處的相對(duì)馬赫數(shù)大于1.4時(shí)，格柵5的輪葉10的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)當(dāng)在空氣導(dǎo)管的頂部處增大到15°以上(例如，多達(dá)20° )，以便顯著地減小可動(dòng)輪15的進(jìn)口處的空氣的相對(duì)速度Wl并且因此顯著地改進(jìn)壓縮的效率。
[0011]然而，如圖2所示，在這種布置中，當(dāng)預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵5的控制環(huán)在低速下被設(shè)定為格柵5的關(guān)閉值(例如，大約為65° )時(shí)，輪葉的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度在空氣導(dǎo)管的頂部處達(dá)到大約85°，SP，在導(dǎo)管的最上部中(具體地，在輪葉10的遠(yuǎn)端的區(qū)域中)空氣流被輪葉10偏斜了一定向角度Q1，定向角度(^接近大約85°。在這種情況下，預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵5的位于空氣導(dǎo)管的頂部處的出口處的空氣流沿軸線X’ X的軸向速度Vzl變得如此低，以致使得這可導(dǎo)致壓縮機(jī)的可動(dòng)輪15的葉片20空氣動(dòng)力學(xué)故障。換而言之，空氣的邊界層不再保持可動(dòng)輪15的葉片20的頭部輪廓的形狀，并且這可導(dǎo)致可動(dòng)輪15內(nèi)的空氣動(dòng)力學(xué)失速，空氣動(dòng)力學(xué)失速通常被稱為旋轉(zhuǎn)失速，旋轉(zhuǎn)失速對(duì)壓縮機(jī)的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性不利并且因此為一個(gè)缺陷。
[0012]克服所述缺陷的快速解決方案是在低速下將控制環(huán)調(diào)整至例如大約為50°或60°的低值，以便將預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵關(guān)閉一稍小的角度并且增大空氣導(dǎo)管的頂部處的空氣流的軸向速度Vzl。然而，對(duì)于空氣導(dǎo)管的其余高度而言，這種調(diào)整將減小空氣流的定向角度，這是一個(gè)缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于，通過在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的高的運(yùn)行速度下增大空氣導(dǎo)管的頂部處的輪葉超過15°的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度，同時(shí)防止可動(dòng)輪的葉片在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的低的運(yùn)行速度下空氣動(dòng)力學(xué)故障，由此改進(jìn)現(xiàn)有的預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的結(jié)構(gòu)。
[0014]盡管本發(fā)明已經(jīng)發(fā)展了一種飛行器渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，但是本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的包括預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的任何壓縮組件，例如渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置(APU)、陸地渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪壓縮機(jī)等中的壓縮組件。本發(fā)明還涉及任何類型的壓縮機(jī)，不管其是軸向的、離心的、混合的等。
[0015]因此，本發(fā)明涉及一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(具體地用于渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī))的壓縮組件，所述組件包括能夠接收空氣流的空氣進(jìn)口導(dǎo)管、至少一個(gè)包括至少一個(gè)可動(dòng)壓縮機(jī)輪的空氣壓縮級(jí)和預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵，導(dǎo)管排放到所述可動(dòng)壓縮機(jī)輪上，所述預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵在可動(dòng)壓縮機(jī)輪的上游被定位在空氣進(jìn)口導(dǎo)管中以便調(diào)整可動(dòng)輪的進(jìn)口處的所述氣流中的空氣的速度，并且所述預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵包括多個(gè)設(shè)定可變的輪葉，所述組件的特征在于，格柵的兩個(gè)連續(xù)的輪葉之間的節(jié)距在空氣導(dǎo)管的給定高度處大于兩個(gè)輪葉中的一個(gè)輪葉的弦長。
[0016]術(shù)語“節(jié)距”指的是連續(xù)布置的格柵的兩個(gè)輪葉上的兩個(gè)相同的點(diǎn)之間的距離。術(shù)語“弦長”指的是在預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的輪葉的上游端部和下游端部之間延伸的部段之間的距離，即，預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的輪葉的前緣的端部和尾緣的端部之間的距離。術(shù)語“上游”和“下游”與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中流通的空氣流的方向有關(guān)。
[0017]有利地，兩個(gè)連續(xù)的輪葉之間的節(jié)距在空氣導(dǎo)管的上部中(例如，在所述輪葉的遠(yuǎn)端的區(qū)域中)大于兩個(gè)輪葉中的一個(gè)輪葉的弦長。語句“空氣導(dǎo)管的上部”指的是空氣導(dǎo)管的徑向離渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線最遠(yuǎn)的部分。語句“在空氣導(dǎo)管的頂部處”指的是輪葉相對(duì)于渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線的遠(yuǎn)端。類似地，語句“空氣導(dǎo)管的下部”指的是導(dǎo)管的離渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線最近的部分。語句“在空氣導(dǎo)管的底部處”指的是輪葉相對(duì)于渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線的近端。
[0018]在現(xiàn)有技術(shù)的方案中，預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的兩個(gè)連續(xù)的輪葉的遠(yuǎn)端之間的節(jié)距小于或等于格柵的一個(gè)輪葉的弦長。換而言之，節(jié)距與弦長的比率(S1/C1)介于0.9和I之間。因此，格柵的輪葉在格柵的關(guān)閉位置部分重疊，從而顯著地減小低速下的空氣流的軸向速度并且導(dǎo)致上述的空氣動(dòng)力學(xué)故障。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的壓縮組件中，因?yàn)楦駯诺膬蓚€(gè)連續(xù)的輪葉之間的節(jié)距大于兩個(gè)輪葉中的一個(gè)輪葉的弦長，輪葉在格柵的關(guān)閉位置中不再和現(xiàn)有技術(shù)的方案一樣相互覆蓋，從而使得預(yù)旋轉(zhuǎn)角度在壓縮級(jí)的高的運(yùn)行速度下在空氣導(dǎo)管的上部中大于15°的輪葉能夠被使用(其中，預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵被設(shè)定為非常寬廣地打開)，同時(shí)使得可動(dòng)壓縮機(jī)輪在低的速度下能夠有效地空氣動(dòng)力學(xué)運(yùn)行(其中，預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵被設(shè)定為高程度地關(guān)閉)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，當(dāng)預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵處于針對(duì)壓縮級(jí)的高的運(yùn)行速度的打開位置(例如，針對(duì)格柵的控制環(huán)的0°的設(shè)定值)時(shí)，輪葉的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度在空氣導(dǎo)管的上部中(具體地，在其遠(yuǎn)端的區(qū)域中)大于15°并且優(yōu)選地介于15°和25°之間。因此，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一可動(dòng)壓縮機(jī)輪的空氣流的相對(duì)速度很高時(shí)，例如使得可動(dòng)輪的頭部處的相對(duì)馬赫數(shù)大于1.4時(shí)，針對(duì)格柵的輪葉在空氣導(dǎo)管的上部中的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度的值的這種范圍使得空氣流在壓縮機(jī)的最大運(yùn)行速度下的相對(duì)速度能夠被有效地減小，以便顯著地改進(jìn)壓縮級(jí)的效率。
[0021]優(yōu)選地，當(dāng)預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵處于壓縮級(jí)的低的速度下的關(guān)閉運(yùn)行位置(例如，針對(duì)格柵的控制環(huán)的65°的設(shè)定值)時(shí)，輪葉的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度在空氣導(dǎo)管的上部中(具體地，在其遠(yuǎn)端的區(qū)域中)介于80°和90°之間。在這種情況下，由于兩個(gè)連續(xù)的輪葉之間的節(jié)距大于輪葉的弦長，輪葉在格柵的關(guān)閉位置中的間距針對(duì)預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的控制環(huán)的相同設(shè)定而言使得空氣流能夠獲得比現(xiàn)有技術(shù)的組件中的氣流的軸向速度大的軸向速度。換而言之，輪葉的間距使得經(jīng)過預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的空氣流的軸向速度能夠被增大，具體地被設(shè)定為高程度地關(guān)閉，以便防止可動(dòng)壓縮機(jī)輪的葉片的空氣動(dòng)力學(xué)故障。
[0022]優(yōu)選地，格柵的輪葉相對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸徑向地延伸并且被構(gòu)造為使得預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的輪葉的預(yù)旋轉(zhuǎn)角度在空氣導(dǎo)管中隨著徑向距離變化。為此，輪葉可例如被扭曲。
[0023]優(yōu)選地，針對(duì)格柵的控制環(huán)的0°的設(shè)定值，預(yù)旋轉(zhuǎn)角度在空氣導(dǎo)管的底部(即，徑向里渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的軸最近)處大約等于0°并且在空氣導(dǎo)管的頂部(即，徑向里渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的軸最遠(yuǎn))處大約為25°。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，輪葉的弦長針對(duì)預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵的多個(gè)輪葉而言恒定。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的特征，預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵被定位在空氣進(jìn)口導(dǎo)管的徑向部分、彎曲部分或軸向部分中。術(shù)語“徑向部分”和“軸向部分”指的是相對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸。
[0026]有利地，輪葉被布置成以便均勻分布在空氣進(jìn)口導(dǎo)管內(nèi)。換而言之，格柵的輪葉之間的節(jié)距恒定。
[0027]本發(fā)明還涉及一種具體地用于飛行器(例如，直升飛機(jī))的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī))，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括能夠接收空氣流的空氣進(jìn)口導(dǎo)管、至少一個(gè)包括至少一個(gè)可動(dòng)壓縮機(jī)輪的空氣壓縮級(jí)和預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵，導(dǎo)管排放到所述可動(dòng)壓縮機(jī)輪上，所述預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵在可動(dòng)壓縮機(jī)輪的上游被定位在空氣進(jìn)口導(dǎo)管中以便調(diào)整可動(dòng)輪的進(jìn)口處的所述氣流中的空氣的速度，并且所述預(yù)旋轉(zhuǎn)格柵包括多個(gè)設(shè)定可變的輪葉，所述組件的特征在于，格柵的兩個(gè)連續(xù)的輪葉之間的節(jié)距在空氣導(dǎo)管的給定高度處(優(yōu)選地，在上部中)大于兩個(gè)輪葉中的一個(gè)輪葉的弦長。
[0028]本發(fā)明還涉及一種用于控制上述的壓縮組件的預(yù)旋