专利摘要

本发明公开一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构，在冷却空气通过的转静系盘腔内设计板状导向器，导向器上端与封严环末端间相接，导向器与篦齿盘盘面相对的一侧底部为螺栓遮挡面，用于遮挡篦齿盘螺栓；其余为导向面，用于改变气流方向。当气流经篦齿盘上方篦齿流入，由导向器导向面使气流转向，沿径向流动；气流转向后由于哥氏力作用，使篦齿盘螺栓周围的气体周向加速，减小了气体与篦齿盘螺栓的相对速度，使篦齿盘螺栓与气流间的相互作用减弱，减小了带动篦齿盘螺栓搅拌气体所浪费的轴功，同时减小了由于篦齿盘螺栓做功导致篦齿盘螺栓表面温度急剧增大的负面影响。

权利要求

1.一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构，其特征在于：在冷却空气通过的转静系盘腔内设计板状导向器，导向器上端与封严环末端间相接，导向器与篦齿盘盘面相对的一侧底部为螺栓遮挡面，用于遮挡篦齿盘螺栓；其余为导向面，用于改变气流方向；

上述螺栓遮挡面为内凹面，对篦齿盘螺栓头部端面及上下位置进行遮挡；导向面与篦齿盘盘面间贴近，不接触，之间具有间隙；螺栓遮挡面与篦齿盘螺栓头部贴近，不接触，之间具有间隙；

当气流经篦齿盘上方篦齿流入，由导向器导向面使气流转向，沿径向流动；气流转向后由于哥氏力作用，使篦齿盘螺栓周围的气体周向加速；

导向面与篦齿盘盘面配合，导向面上各点到篦齿盘盘面间的水平距离相等。

2.如权利要求1所述一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构，其特征在于：导向面与篦齿盘盘面间的间隙，以及螺栓遮挡面与篦齿盘螺栓头部间的间隙大小相等。

3.如权利要求1~2任意一项所述一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构，其特征在于：导向器设计为上下两部分，两个部分之间通过埋头螺钉连接为一体。

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机空气系统结构优化领域，涉及一种用于减小螺栓旋转风阻，降低涡轮前温度的导向器结构。

背景技术

航空发动机现在己成为一个国家的科技水平、工业水平和军事实力的重要标志之一。目前世界上比较先进的航空发动机，其涡轮前温度一般都要高于1600℃，超过了大部分现有材料的耐温极限。提高航空燃气涡轮发动机的单位推力和循环热效率，应在充分考虑涡轮叶片的材料、冷却空气量及涡轮叶片的寿命等条件的前提下，尽可能提高涡轮前温度。为了解决高涡轮前温度与材料耐温极限间的矛盾，一方面可以通过降低冷却气体的损耗，进行合理有效的冷却来保护叶片，另一方面可以通过提高涡轮功效率，在产生同样的推力下降低涡轮前温度。

在内部空气系统的冷却过程中，来自风扇和压气机的冷却空气在流过发动机转静系盘腔内的旋转和固定表面时，会由于粘性的耗散而产生风阻。冷却气体在流动过程中与旋转螺栓相互作用，一方面消耗了旋转件的轴功，另一方面由于黏性耗散使得冷却气体的温度升高，这种现象称为风阻。转静系盘腔内突出的螺栓是风阻产生的重要原因，也是高温集中的主要区域。由于温度过高，转静系盘腔内旋转螺栓可能会超过材料自身的耐温极限，影响发动机安全；同时，转静系盘腔螺栓的风阻会造成轴功效率下降，导致涡轮效率降低，涡轮前温度升高。既不利于提高发动机推力也不利于发动机高温部件冷却，所以设计合理的新型结构降低风阻带来的不利影响对于提高发动机性能和安全性有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构，在结构设计方面，加入一种导向器结构，具体为在冷却空气通过的转静系盘腔内设置一个导向器，为板状结构，上端与封严环末端间相接。导向器与篦齿盘盘面相对的一侧底部为螺栓遮挡面，用于遮挡篦齿盘螺栓；其余为导向面，用于改变气流方向；

由此在转静系盘腔中使流过篦齿的气体经挡板发生气流转向，沿径向流动。在流动过程中，螺栓周围气流受到哥氏力作用产生较明显的周向加速，减小了气体与旋转螺栓的相对速度，使螺栓与气流间的相互作用明显减弱，极大地减小了带动螺栓搅拌气体所浪费的轴功，同时也减小了由于螺栓做功导致螺栓表面温度急剧增大的负面影响。

本发明的优点在于：

1、本发明导向器结构，可以周向加速气流，有助于减弱旋转螺栓与气体之间的相互作用，减小轴功消耗，在产生同样的单位推力下可以降低涡轮前温度，提高发动机性能；

2、本发明导向器结构，可以减小由于旋转螺栓与气体间的摩擦所产生的热量，降低冷却气流的温度，有助于对于涡轮盘及涡轮叶片的高效冷却。

3、本发明导向器结构，与原结构相比，降低风阻效果更强，涡轮前降温效果更明显，经实验验证几乎降低了70％的效果。

附图说明

图1为转静系盘腔冷却气体流动示意图。

图2为本发明导向器的结构及安装位置示意图。

图3为本发明导向器适应平面篦齿盘盘面时结构示意图；

图4为本发明导向器适应曲面篦齿盘盘面时结构示意图；

图5为本发明导向器可拆分结构设计示意图。

图中：

1-封严环2-篦齿盘3-篦齿盘螺栓

4-导向器5-螺栓遮挡段6-导向段

7-埋头螺钉

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

在发动机内部空气系统冷却过程中，篦齿盘2上方的篦齿会流入一股冷却气流，这股气流本身不沿径向方向向下流动，直接从后方的孔流出，如图1所示。因此本发明设计了导向器结构对这股气流向篦齿盘螺栓3方向引流，这股气流向下流动的时候，由于哥氏力作用，通过右手定则可以看出，这股向下的气流会对篦齿盘螺栓3处周向方向的气流有加速作用，就是说这股径向向下流动的气流使篦齿盘螺栓3周围的气流加速，与篦齿盘螺栓3的相对速度减小，温升减小。

本发明导向器结构中，导向器4整体为板状结构，上端与封严环1末端间相接，两者间可一体加工而成，如图2所示。令该板状结构底部为螺栓遮挡段5，其与篦齿盘2盘面相对的一侧为螺栓遮挡面；其余为导向段6，令其与篦齿盘2盘面相对的一侧为导向面。

其中，螺栓遮挡面为内凹曲面，篦齿盘螺栓3在导向器4上的投影，位于该内凹曲面处，通过螺栓遮挡面对篦齿盘螺栓3头部端面及上下位置进行遮挡。

导向面设计为与篦齿盘2盘面配合，即：若篦齿盘2盘面为平面，则导向面也设计为平面，而螺栓遮挡面设计为内凹曲面，如图3所示。若篦齿盘2盘面为曲面，则导向面也设计为与其一致的曲面，由此使导向面上各点到篦齿盘盘面间的水平距离相等。如图4所示，篦齿盘2盘面上部外突曲面，中部内凹曲面，下部安装篦齿盘螺栓3，则设计导向器4的导向面上部为内凹曲面，下部为外突曲面，螺栓遮挡面为内凹曲面，使整体导向器4形成M型曲面。

上述导向面与篦齿盘2盘面间贴近，但不接触，之间留有一定间隙，同时螺栓遮挡面与篦齿盘螺栓3头部间贴近，但不接触，之间留有一定间隙。且导向面与篦齿盘2盘面间的间隙，以及螺栓遮挡面与篦齿盘3头部间的间隙大小相等。

本发明中还针对一部分环境受限的转静系盘腔内，在不影响导向器降低风阻效果的基础上，将上述结构的导向器可设计为上下两部分，两个部分之间通过在埋头螺钉7连接为一体，达到易于装配和拆卸的目的，如图5所示。

当气流经篦齿盘2上方篦齿流入，本发明导向器结构使流过篦齿盘2上方篦齿的气体经导向器4发生气流转向，沿径向流动。在流动过程中，篦齿盘螺栓3周围的气流受到转向后气流产生的哥氏力作用产生了周向分速度，而转向后的气流本身并不流经螺栓，而是直接由挡板两侧绕过挡板方流走。因为轴向速度分量对于哥氏力是没有贡献的，所以通过导向器较大地改变气流径向速度分量，有利于螺栓周围气流受哥氏力作用产生较明显的周向流动。气流经导向器4转向后对篦齿盘螺栓3周围气流周向加速，减小了气体与篦齿盘螺栓3的相对速度，使篦齿盘螺栓3与气流间的相互作用明显减弱，极大地减小了带动篦齿盘螺栓3搅拌气体所浪费的轴功，同时也减小了由于篦齿盘螺栓3做功导致篦齿盘螺栓3表面温度急剧增大的负面影响。

由于导向器4结构中螺栓遮挡面对篦齿盘螺栓3头整体包覆，使篦齿盘螺栓3头部风阻大幅降低，篦齿盘螺栓3头部周围气体都能够获得周向速度，并且由于导向器4贴近篦齿盘2盘面，使风阻的形成空间减小，进一步降低篦齿盘螺栓3旋转风阻，节省了在不具备导向器时篦齿盘螺栓3搅动气体消耗的轴功。同时，篦齿盘螺栓3周围周向气体与篦齿盘螺栓3的摩擦作用减小使气体的温度也降低，有助于冷却气体冷却冷高温部件。上述导向器4与篦齿盘2盘面间的间隙越小，对气流的加速效果越好。

一种减小旋转螺栓风阻的导向器结构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。