涡轮机、航空发动机以及飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及航空航天的领域，特别涉及涡轮机、航空发动机以及飞行器。


背景技术：

2.涡轮机是涡轮发动机中重要的动力元件。发动机工作时，发动机的燃烧室喷出的高温气体冲击在涡轮机的扇叶上驱动涡轮机扇叶转动做功。为尽量避免涡轮机过热，通常会往涡轮机中引入一部分来自压气机的气体以对涡轮机进行降温。
3.目前的涡轮机包括静止件和能够相对静子转动的转动件，静止件具有静止壁面，转动件具有转动壁面，静止壁面与转动壁面之间形成一转静轴腔。引自压气机的冷却气流流入转静轴腔中，对静止件和转动件进行冷却后排出转静轴腔。
4.在涡轮机的转静轴腔中冷却气流由于转动件的高速周向旋转以及静止件的遮挡效果，容易在转静轴腔内形成一个或多个漩涡，漩涡导致气流流动不通畅，冷却气流与壁面摩擦产生的风阻热量加热冷却气流，使得冷却气流对涡轮机的冷却效果变差，同时冷却气流的压力分布由于涡流存在而变得更不均匀。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中涡轮机的转静轴腔中冷却气流容易产生旋涡的缺陷，提供一种涡轮机、航空发动机以及飞行器。
6.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.第一方面，本技术提供一种涡轮机，采用如下的技术方案：
8.一种涡轮机，包括转静轴腔和位于所述转静轴腔一侧的静止壁面，所述转静轴腔具有供冷却气流流入的轴腔进口和供冷却气流流出的轴腔出口；还包括导流板，所述导流板固定在所述静止壁面上且所述导流板自所述轴腔进口处向所述轴腔出口处延伸，所述导流板不阻挡冷却气流沿所述转静轴腔轴向的流动。
9.在本方案中，导流板从轴腔进口向轴腔出口延伸并对转静轴腔内的冷却气流起到引流效果，使得气流沿着引流结构顺利通过轴腔，从而破坏冷却气流流动的旋流核心，使得转静轴腔内不易形成漩涡，由此降低了由于生成漩涡导致的冷却气流流动不通畅、壁面摩擦产生的风阻热量加热冷却气流带来冷却效果变差，提高了冷却气流的冷却效果，改善冷却气流的压力分布特性；此外，导流板不阻挡冷却气流沿转静轴腔的轴向的流动，即导流板不易与冷却气流流动的方向之间垂直或导流板与冷却气流的流动方向之间形成锐角使得导流板阻碍冷却气流的流动；从而使得冷却气流向轴腔出口的方向流动时不易与导流板发生碰撞回弹而形成漩涡，进一步改善冷却气流的冷却效果以及压力分布情况。
10.较佳地，所述导流板远离所述轴腔进口的一端与所述静止壁面间隔设置。
11.在本方案中，导流板的一端固定在静止壁面靠近轴腔进口的部位上，导流板的另一端向轴腔出口的方向悬伸且与静止壁面之间间隔设置；这样使得导流板不易将转静轴腔完全分隔成两个不互通的空腔，从而在引导冷却气流的同时不会改变涡轮机转静轴腔中冷
却气流流动部分的面积，保证冷却气流在转静轴腔内流动耗散较小且具备冷却效果。
12.较佳地，所述导流板周向连续布置。
13.在本方案中，导流板轴向连续布置，从而使得导流板呈同轴穿设在静止壁面内的环状构件，由此使得导流板对沿各个角度进入转静轴腔的冷却气流均能导流，使得冷却气流的流动得更均匀稳定。
14.较佳地，所述导流板的延伸方向与所述静止壁面相平行。
15.在本方案中，导流板的延伸方向与静止壁面相平行，这种设计方式能够使得导流板的轮廓接近静止壁面内部的轮廓，从而减少导流板对转静轴腔内其他设计参数的影响；同时由于导流板保持与静止壁面平行，从而使得导流板与静止壁面之间过渡较为平滑，即冷却气流经导流板导流后不易因突兀的静止壁面阻挡而形成漩涡，经设计证明这种设计对于改善涡轮机轴腔内冷却气流流动具有明显效果。
16.较佳地，所述涡轮机还包括位于所述转静轴腔一侧的转动壁面，所述转动壁面与所述静止壁面相对设置，所述导流板与所述转动壁面之间的间隔从所述轴腔进口处至所述轴腔出口处逐渐增大。
17.在本方案中，转动壁面与静止壁面之间间隔形成上述转静轴腔，同时通过调整静止壁面、导流板、转动壁面之间的相对距离，使得导流板与转动壁面之间的间隔从轴腔进口处到轴腔出口处逐渐增大，即导流板与转动壁面形成渐扩角度，从而使得流入转动壁面与导流板之间的冷却气流能够流动通畅。
18.较佳地，所述导流板包括安装边和导流边，所述安装边固定在所述静止壁面上，所述导流边连接在所述安装边上且所述导流边远离所述安装边的一端向靠近所述轴腔出口的方向悬伸。
19.在本方案中，安装板用于固定安装在静止壁面上以支撑导流边远离静止壁面，使得导流边与静止壁面之间存在存在间隔以便于导流边改变转静轴腔内部冷却气流的流动情况。
20.较佳地，所述安装边通过螺栓固定在所述静止壁面上。
21.在本方案中，安装边通过螺栓固定在静止壁面上，这种固定方法连接牢固可靠，且简单快捷。
22.较佳地，所述导流板沿所述转静轴腔的轴向的长度占所述转静轴腔的轴向长度之比为1/2～2/3。
23.在本方案中，当导流板相对于转静轴腔的长度过短时，容易出现转静轴腔靠近轴腔出口的部分区域的冷却气流因未能经导流板导流而形成漩涡；当导流板相对转静轴腔的长度过长时，容易使得导流板与静止壁面之间的间隙过小，导致导流板的两侧的两个空腔连通情况不佳，且导流板耗材较大，安装不便；经试验当导流板沿转静轴腔的轴向长度占转静轴腔轴向长度的1/2～2/3导流板的导流板覆盖的范围较广，且导流板与静止壁面之间的间隙能够保证导流板两侧的空腔相互连通。
24.第二方面，本技术提供一种航空发动机，包括如上所述的涡轮机，其有益效果与上述涡轮机的有益效果相同，此处不再赘述。
25.第三方面，本技术提供一种飞行器，具有上述的涡轮机，其有益效果与上述涡轮机和上述航空发动机相同，此处不再赘述。
26.本实用新型的积极进步效果在于：
27.本实用新型通过在涡轮机的转静轴腔内设置从轴腔进口向轴腔出口延伸的导流板，从轴腔进口进入转静轴腔内的冷却气流经导流板导流后从轴腔出口排出转静轴腔，导流板破坏冷却气流的漩涡核心，使得冷却气流在流动时不易生成漩涡，进而降低因冷却气流生成漩涡造成的压损和温升，提高冷却气流的冷却效果、改善压力分布特性。
附图说明
28.图1为本实用新型的一实施例的飞行器的示意图。
29.图2为本实用新型的一实施例的航空发动机的示意图。
30.图3为本实用新型的一实施例的转静轴腔及导流板的结构示意图。
31.图4为本实用新型的一实施例的导流板的结构示意图
32.图5为本实用新型的一实施例的安装边与静子机匣的装配示意图。
33.图6为未加装本实用新型中的导流板的转静轴腔内冷却气流的流动示意图。
34.图7为本实用新型的一实施例的转静轴腔内冷却气流的流动示意图。
35.附图标记说明：
36.静止壁面100
37.转动壁面200
38.导流板300
39.安装边310
40.翻边311
41.导流边320
42.转静轴腔400
43.轴腔进口410
44.轴腔出口420
45.转腔430
46.静腔440
47.连通口450
48.静子机匣500
49.扩压器600
50.连接螺栓700
51.涡轮机800
52.航空发动机900
具体实施方式
53.下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
54.本实用新型的实施例公开一种飞行器，参照图1，其包括飞行器本体和用于为飞行器本体提供驱动力的航空发动机。其中飞行器本体与相关现有技术中的相同，此处不再赘述。
55.参照图2，其中，航空发动机900包括扇叶、压气机、燃烧室和涡轮机800。其中扇叶、
压气机、燃烧室等部件与现有技术并无二致，可依据需求选用和调整，此处不再赘述。
56.参照图2和图3，本技术的实施例的涡轮机800，包括静止件、转动件和设置在静止件和转动件之间的导流板300。静止件具有静止壁面100，转动件具有与静止壁面100相对应的转动壁面200，静止壁面100与转动壁面200之间围合形成供冷却气流流过的转静轴腔400。转静轴腔400的一端具有一轴腔进口410，另一端具有一轴腔出口420。导流板300固定在静止壁面100上并从轴腔进口410处向轴腔出口420处延伸。冷却气流可从轴腔进口410流入转静轴腔400，经导流板300导流后从轴腔出口420流出。
57.导流板300不阻挡冷却气流沿转静轴腔400轴向的流动，即导流板300沿转静轴腔400的轴向延伸时不易与冷却气流的流动方向形成不超过90
°
的夹角，由此使得冷却气流的流向与导流板300的延伸方向大致平行，从而使得冷却气流向轴腔出口420的方向流动时不易与导流板300发生碰撞回弹而形成漩涡。
58.结合图4，导流板300周向均匀设置，从而导流板300为套设在转动壁面200外、穿设在静止壁面100内的环状构件。导流板300将转静轴腔400分隔为靠近静止壁面100的静腔440和靠近转动壁面200的转腔430，导流板300引导从各个角度流入的冷却气流沿转腔430流动。
59.由此，通过导流板300对冷却气流导流，破坏冷却气流流动的旋流核心，使得转静轴腔400内不易形成漩涡。从而减少冷却气流在转静轴腔400内流动时的压损和风阻温升，提升了冷却气流的冷却效果。
60.其中，本实施例中导流板300具体选用钛合金制成，此外也可依据需求选用其他合适的高温、高强合金。
61.参照图3和图4，导流板300包括安装边310和导流边320。安装边310用于固定连接静止静止壁面100。导流边320沿转静轴腔400的轴向延伸用于引导冷却气流。导流边320固定在安装边310朝向轴腔出口420的一侧，从而安装边310支撑导流边320使得导流边320离开静止壁面100。此处安装边310与导流边320可通过焊接、螺栓连接、一体成型等方式连接，本实施例中安装边310与导流边320通过钣金的方式一体制造成型。
62.参照图3和图5，安装边310连接转静轴腔400靠近轴腔进口410的一端的静止壁面100上。安装边310与静止壁面100之间可通过螺栓连接、铆钉连接、焊接等方式固定连接。本实施例中，静止壁面100为静子机匣500的内壁，静子机匣500上设置有穿过静子机匣500的连接螺栓700，静子机匣500通过连接螺栓700固定有扩压器600，安装边310的两侧设置有开设通孔的翻边311，连接螺栓700位于静子机匣500内的部分穿过翻边311的通孔从而实现安装边310与静止壁面100的连接。此种安装方式能够较好地利用涡轮机800的现有结构，减少额外的打孔。
63.导流边320自轴腔进口410向轴腔出口420延伸以引导冷却气流。其中，导流边320和静止壁面100相平行，即导流板300上的点到静止壁面100的距离均相同。从而能够使得导流板300的轮廓接近静止壁面100内部的轮廓，同时使得冷却气流经导流板300导流后不易因凸出的静止壁面100阻挡而形成漩涡。
64.导流边320远离轴腔进口410的一端与静止壁面100之间间隔设置，从而使得导流边320远离轴腔进口410的一端与静止壁面100之间形成一环形的连通口450，连通口450连通静腔440和转腔430，从而导流边320引导冷却气流的同时不易改变涡轮机800转静轴腔
400中冷却气流流动部分的面积，保证冷却气流具备对转静轴腔400的内壁的冷却效果。
65.导流边320与转动壁面200之间的距离自轴腔进口410到轴腔出口420处逐渐增大，即导流边320呈渐扩状，其小口端靠近轴腔进口410，大口端靠近轴腔出口420。由此使得流入转动壁面200与导流板300之间的冷却气流能够流动通畅。
66.其中，导流边320沿转静轴腔400的轴向的长度占转静轴腔400的轴向长度之比为1/2～2/3。经验证在上述长度范围内能够使得导流边320的覆盖范围较广，同时保证转腔430和静腔440的流通，有利于冷却气流的流动。此外，在其他实施方式中，本领域技术人员可以选择其他合适的长度范围，确保不影响整体的工作即可。
67.在本实施例中，冷却气流从轴腔进口410流入转静轴腔400内，导流板300破坏冷却气流的漩涡核心，使得冷却气流在流动时不易生成漩涡，冷却气流不易因生成旋涡而造成压降过大或因为生成旋涡造成摩擦增大从而使得冷却气流的温度升高，由此提高冷却气流的冷却效果、改善了冷却气流的压力分布特性。
68.结合图6和图7，对比有无加装导流板的流动情况可以看出，导流板可以有效避免漩涡的产生，从而降低风阻温升、提高压力分布的均匀性。经过验证，本实施例中冷却气流与壁面因为粘滞力产生的风阻热带来的温升减小至原来的1/4；转静轴腔400的进出口压差绝对值减少至原结构的1/3。
69.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。