一种多涵道进气段内涵道流场构造装置的制作方法

1.本发明涉及一种流场构造装置，尤其是一种多涵道进气段内涵道流场构造装置，属于跨声速风洞出口流场构造技术领域。


背景技术：

2.为满足燃气轮机压气机压较高而重量较小的需求，现代压气机叶栅往往采用较小的径高比，这也导致了压气机内部流场在叶顶附近周向速度较大，根部周向速度小，来流马赫数和气流角等参数在径向出现较大梯度分布。而在风洞实验中，为了在不转动叶栅实验件的情况下，实现马赫数等参数沿径向大梯度分布的进口条件，可在实验件前加装多涵道进口段。
3.由于风洞出口来流较为均匀，采用多涵道进口段后需要对内涵道流场进行加速降压处理，以实现小径高比叶栅在根部流场低马赫数与低总压的流场参数分布——需要说明的是这里的低马赫是相对外流道而言，但与风洞出口马赫数相比要高，因此仍需要对风洞出口进行增速。为此设计一种多涵道进气段外涵道加速装置，增加进气段内涵道出口马赫数同时降低内涵道总压。
4.目前，为实现在风洞输出功率不变的情况下增加速度的同时降低总压的相关技术方案还未有人提出，因此为实现小径高比叶栅风洞实验，增加风洞出口速度并降低总压的一种多涵道进气段内涵道流场构造装置便极为必要。


技术实现要素：

5.为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种多涵道进气段内涵道流场构造装置，它将内机匣、涵道隔板和外机匣采用直筒设计，并依次布置前排导流板、后排导流板、蜂窝器、固定导叶以及可调导叶，可调导叶能够根据实验条件调节安装角，进而改变实验件的进气攻角，实现在风洞输出功率不变的情况下增加风洞出口流速而降低总压的目的。
6.为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种多涵道进气段内涵道流场构造装置，包括整流锥、内机匣、涵道隔板、前排导流板、后排导流板、蜂窝器、固定导叶、可调导叶、调节器、芯轴、步进电机、外机匣以及实验段机匣，所述整流锥同轴固定于所述芯轴前端，所述内机匣为筒状结构紧密套装于芯轴外部并与整流锥连接，其后端向外延伸并设置隔断形成空腔用于安装调节器，所述涵道隔板为筒状结构同轴间隔设置于内机匣与外机匣之间分割内涵道和外涵道，其焊接固定在前排导流板和后排导流板的中径处，所述前排导流板由绕芯轴周向等角度排布的多个叶板一组成并位于芯轴前端邻近整流锥位置，其内侧端与芯轴焊接固定，外侧端穿过内机匣和涵道隔板与外机匣焊接固定，所述后排导流板由绕芯轴周向等角度排布的多个叶板二组成并位于前排导流板后侧，其内侧端与内机匣焊接固定，外侧端穿过涵道隔板与外机匣焊接固定，所述蜂窝器固定于内涵道内部后排导流板后侧，其由四排沿径向错位排布的圆筒组成，每排圆筒沿周向均匀分布且朝向与芯轴轴线平行，所述固定导叶位于内涵道内部蜂窝器后侧，其由绕芯轴周向等角度排布的多个叶片
一组成，内侧端与内机匣焊接固定，外侧端与涵道隔板焊接固定，所述可调导叶位于内涵道内部固定导叶后侧，其由绕调节器周向等角度排布的多个叶片二组成，根部设置转轴开设有穿孔以及横向贯通其两侧的两个销钉孔，内机匣与可调导叶对应区域沿周向开设对应数量的豁口以允许可调导叶旋转，所述调节器包括传动轴以及同轴设置在其端部的转盘，所述转盘外表面边缘沿其周向均匀排布与可调导叶的叶片二数量对应的连接耳，每个所述连接耳与连动杆端部铰接，每根所述连动杆上套装有套筒，可调导叶通过所述穿孔插装在对应的所述套筒上，并在所述两个销钉孔处通过销钉将所述转轴与套筒连接定位，所述步进电机的输出轴与所述传动轴通过联轴器连接传动，所述外机匣为筒状结构同轴间隔设置于涵道隔板外部，所述实验段机匣固定在内机匣后端，实验段机匣外形为喇叭状且其喇叭口侧朝向后端，步进电机的壳体与实验段机匣连接固定。
7.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明内机匣、涵道隔板和外机匣采用直筒设计保证风洞出口与实验段出口的尺寸匹配，以往加速段常采用锥氏曲线进行收敛设计，导致实验件需进行缩比设计才能匹配加速段出口，而采用直筒设计有助于控制一系列的设计成本，而蜂窝器的设计保证扰流降低总压的同时增加了流动的稳定性，关键的，固定导叶与可调导叶串联设计使流速增加的同时，能够根据实验条件调节可调导叶的安装角，进而改变实验件的进气攻角，并且调节器安装于内机匣内，实现内涵道可调导叶调整的同时增加了装置的空间利用率。
附图说明
8.图1是本发明的剖视结构示意图；
9.图2是本发明的可调导叶的主视图；
10.图3是本发明的可调导叶的左视图；
11.图4是本发明的调节器的驱动结构轴测图；
12.图5是本发明的可调导叶与调节器的装配结构轴测图。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.如图1～图5所示，一种多涵道进气段内涵道流场构造装置，包括整流锥1、内机匣2、涵道隔板3、前排导流板4、后排导流板5、蜂窝器6、固定导叶7、可调导叶8、调节器9、芯轴10、步进电机17、外机匣20以及实验段机匣21。
15.结合图1所示，所述整流锥1同轴固定于芯轴10前端，将流经整流锥1表面的风流引导至内涵道和外涵道中，以降低阻塞率。
16.结合图1所示，所述内机匣2为筒状结构紧密套装于芯轴10外部并与整流锥1通过螺纹连接紧固，内机匣2后端向芯轴10末端外侧延伸并设置隔断形成空腔用于安装调节器9。
17.结合图1所示，所述涵道隔板3为筒状结构同轴间隔设置于内机匣2与外机匣20之
间，将涵道隔板3与内机匣2之间分割为内涵道，涵道隔板3与外机匣20之间分割为外涵道，其通过焊接的方式与前排导流板4和后排导流板5的中径处固定。
18.结合图1所示，所述前排导流板4位于芯轴10前端邻近整流锥1位置，其由绕芯轴10周向等角度排布的多个叶板一组成，叶板一的数量优选为4个，呈十字形排布，前排导流板4内侧端与芯轴10焊接固定，前排导流板4外侧端穿过内机匣2和涵道隔板3与外机匣20焊接固定，用以引导风流沿轴向运动，同时对内机匣2起到加固作用。
19.结合图1所示，所述后排导流板5位于前排导流板4后侧，其由绕芯轴10周向等角度排布的多个叶板二组成，叶板二的数量优选为4个，呈x形排布，后排导流板5内侧端与内机匣2焊接固定，后排导流板5外侧端穿过涵道隔板3与外机匣20焊接固定，保证经过前排导流板4整流后的风流继续沿轴向平稳流动，同时也对内机匣2起到加固作用。
20.结合图1所示，所述蜂窝器6固定于内涵道内部后排导流板5后侧，其由四排沿径向错位排布的圆筒组成，每排圆筒沿周向均匀分布且朝向与芯轴10轴线平行，用以扰流降低来流总压并保证来流保持稳定的轴向流动。
21.结合图1所示，所述固定导叶7位于内涵道内部蜂窝器6后侧，其由绕芯轴10周向等角度排布的多个叶片一组成，叶片一的数量优选为48个，固定导叶7内侧端与内机匣2焊接固定，固定导叶7外侧端与涵道隔板3焊接固定，用以加速来流。
22.结合图1～图3所示，所述可调导叶8位于内涵道内部固定导叶7后侧，其由绕调节器9周向等角度排布的多个叶片二组成，叶片二的数量优选为48个，可调导叶8根部设置转轴11，转轴11开设有穿孔23以及横向贯通其两侧的两个销钉孔22用于和调节器9的连接，内机匣2与可调导叶8对应区域沿周向开设对应数量的豁口以允许调节器9带可调导叶8进行一定角度的旋转，可调导叶8外侧端与涵道隔板3留有间隙。
23.结合图1～图3和图5所示，所述调节器9包括传动轴18以及一体同轴设置在其端部的转盘14，转盘14外表面边缘沿其周向均匀排布多个连接耳15，连接耳15的数量与可调导叶8的叶片二对应，每个连接耳15与一根连动杆13端部铰接，每根连动杆13能够以对应的连接耳15为轴心在转盘14切线方向上进行一定角度的摆动，并且每根连动杆13上套装有套筒12，可调导叶8通过转轴11上的穿孔23插装在对应的套筒12上，并在两个销钉孔22处通过销钉将转轴11与套筒12连接定位，可调导叶8的转轴11限制在内机匣2对应的豁口内。
24.结合图1所示，所述芯轴10处于整个装置中心位置用于各相连构件的搭载安装。
25.结合图1和图4所示，所述步进电机17用于驱动调节器9带可调导叶8进行一定角度的正反旋转，步进电机17的输出轴与传动轴18通过联轴器16连接传动，内机匣2后端端部固定轴座19套装在传动轴18上，步进电机17的壳体与实验段机匣21连接固定。
26.结合图1所示，所述外机匣20为筒状结构同轴间隔设置于涵道隔板3外部，其通过前排导流板4和后排导流板5实现定位。
27.结合图1所示，所述实验段机匣21外形为喇叭状并与轴座19同轴固定连接，实验段机匣21喇叭口侧朝向后端并罩设步进电机17。
28.在实际应用过程中风洞气流经整流锥1引导进入内涵道，流经前排导流板4和后排导流板5后流动方向整合为轴向方向，之后进入蜂窝器6，流经蜂窝器6时产生附面层效应，导致扰流损失增加总压和速度降低，蜂窝器6结构对气流流动有着导向作用，流动依旧保持着轴向流动，最后进入固定导叶7和可调导叶8的流道中，在流经固定导叶7和可调导叶8所
形成的扩张流道中膨胀加速，最终气流在出口处速度得到提升而总压降低，实现在动叶静止的实验条件下，小径高比压气机动叶进口根部流场的构造。内机匣2、涵道隔板3和外机匣20采用直筒设计保证风洞出口与实验段出口的尺寸匹配；蜂窝器6的设计保证扰流降低总压的同时增加了流动的稳定性；固定导叶7与可调导叶8串联设计使流速增加的同时保证了实验件进气攻角的可调性；调节器9安装于内机匣2内，实现内涵道可调导叶8调整的同时增加了装置的空间利用率。其中，可调导叶8由步进电机17提供动力可进行安装角的调整，原理为：步进电机17驱动传动轴18与转盘14进行一定角度的旋转的同时，转盘14上连接耳15连接的连动杆13跟随旋转，受可调导叶8位移的限制，连动杆13在与套筒12的连接处受到阻力，并通过反作用力给予可调导叶8旋转力矩，在此过程中可调导叶8的转轴11贴靠在内机匣2对应的豁口边缘，而连动杆13以连接耳15为轴心沿转盘14切线方向进行摆动偏转，进而完成可调导叶8安装角的改变，从而根据实验要求通过可调导叶8实现出口处气流角的调整，可调导叶8安装角调节范围宜控制在
±
45
°
范围内，步进电机17的旋转角度与可调导叶8安装角变化角度比为1:1.36。
29.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
30.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。