变几何导叶通道结构、其设计方法及涡轮发动机与流程

本发明涉及航空发动机，具体涉及变几何导叶通道结构、其设计方法及涡轮发动机。

背景技术：

1、变几何涡轮已经在航空等多个领域得到发展，采用变几何动力涡轮可以有效调节和优化燃气轮机各部件之间的匹配，改善燃气轮机的加减速特性和低工况性能。常规涡轮在低工况所需流通能力减小，效率较高工况时降低，而变几何涡轮在低工况时，通过关小涡轮导叶叶片的有效流通面积从而减小流量和功率，并维持较高的涡轮进口总温从而有可能获得较高的循环热效率。

2、常规变几何涡轮设计是对导叶实施变几何，在导叶上设置一套可保证导叶按照需求自由转动的调节机构，但这套调节机构结构十分复杂，同时调节范围有限，并且要灵活可靠的旋转导向叶片就必须留足端壁间隙，端壁间隙的出现无疑增加了涡轮间隙泄漏流损失和端壁二次流损失。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种变几何导叶通道结构、其设计方法及涡轮发动机，以解决涡轮间隙泄漏流损失和端壁二次流损失大的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种变几何导叶通道结构，包括：上流道壁，至少部分所述上流道壁形成第一变形部，所述第一变形部由温度记忆合金制成；下流道壁，与所述上流道壁间隔设置；叶片，设置于所述上流道壁与所述下流道断壁之间，所述叶片设置有若干个，相邻的两个所述叶片之间形成喉部区域，所述第一变形部对应所述喉部区域设置；所述变几何导叶通道结构具有低工况状态和高工况状态，当所述变几何导叶通道结构由所述低工况状态变为所述高工况状态，所述第一变形部向远离所述叶片的方向扩张，当所述变几何导叶通道结构由所述高工况状态变为所述低工况状态，所述第一变形部向靠近所述叶片的方向缩回。

3、有益效果：通过在上流道壁上设置温度记忆合金制成的第一变形部，能够在较大的范围内，实现对变几何导叶通道流通能力的调节，且不受限于叶片的角度，不会带来额外的涡轮间隙泄漏流损失和端壁二次流损失。

4、在一种可选的实施方式中，所述变几何导叶通道结构还包括热保护壁，所述热保护壁与所述上流道壁间隔设置，所述热保护壁设置于所述上流道壁远离所述叶片的一侧。

5、有益效果：通过设置热保护壁，以便于在热保护壁与上流道壁之间形成夹层，夹层间通气增强换热效果。

6、在一种可选的实施方式中，所述变几何导叶通道结构还包括换热器，所述换热器对应所述第一变形部设置，所述换热器设置于所述第一变形部远离所述叶片的一侧。

7、有益效果：通过设置换热器，以便于对第一变形部快速换热，以防工况温度超过高温记忆合金的耐温程度，造成高温记忆合金损坏。

8、在一种可选的实施方式中，至少部分所述下流道壁形成第二变形部，所述第二变形部由温度记忆合金制成，所述第二变形部对应所述喉部区域设置，当所述变几何导叶通道结构由所述低工况状态变为所述高工况状态，所述第二变形部向远离所述叶片的方向扩张，当所述变几何导叶通道结构由所述高工况状态变为所述低工况状态，所述第二变形部向靠近所述叶片的方向缩回。

9、第二方面，本发明还提供了一种变几何导叶通道结构的设计方法，用于对如权利要求1-4任一项所述的变几何导叶通道结构的记忆合金进行记忆训练，所述设计方法包括如下步骤：

10、步骤s1：获得导叶进口总温的第一范围值；

11、步骤s2：根据所述第一范围值，获得涡轮导叶流函数的第二范围值；

12、步骤s3：根据所述第二范围值与喉部区域面积的比值，获得所述喉部区域面积变化的第三范围值；

13、步骤s4：根据所述第三范围值，获得温度记忆合金膨胀高度变化的第四范围值；

14、步骤s5：根据所述第一范围值和所述第四范围值，对温度记忆合金记性记忆训练。

15、在一种可选的实施方式中，在所述步骤s1中，所述第一范围值的左端值通过导叶进口总温在低工况状态时的温度确定，所述第一范围值的右端值通过导叶进口总温在高工况状态时的温度确定。

16、在一种可选的实施方式中，在所述步骤s2中，所述第二范围值通过以下公式得到：l＝m*sqrt(t)/p；其中，m为涡轮导叶进口流量，p为涡轮导叶进口总压，t取值为第一范围值。

17、在一种可选的实施方式中，在步骤s4中，第四范围值h通过以下公式求得；s＝1/2*θ*[(r+h)2-r2]；其中，θ为以弧度表示的所述喉部区域所对变几何导叶通道结构的圆心角，r为所述喉部区域未变形时所对变几何导叶通道结构的半径，s取值为第三范围值。

18、第三方面，本发明还提供了一涡轮发动机，包括权利要求1-4任一项所述的变几何导叶通道结构。

19、在一种可选的实施方式中，所述涡轮发动机为涡轮级间燃烧发动机。

技术特征：

1.一种变几何导叶通道结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的变几何导叶通道结构，其特征在于，所述变几何导叶通道结构还包括热保护壁(40)，所述热保护壁(40)与所述上流道壁(10)间隔设置，所述热保护壁(40)设置于所述上流道壁(10)远离所述叶片(30)的一侧。

3.根据权利要求1所述的变几何导叶通道结构，其特征在于，所述变几何导叶通道结构还包括换热器(50)，所述换热器(50)对应所述第一变形部(11)设置，所述换热器(50)设置于所述第一变形部(11)远离所述叶片(30)的一侧。

4.根据权利要求1-3任一项所述的变几何导叶通道结构，其特征在于，至少部分所述下流道壁(20)形成第二变形部，所述第二变形部由温度记忆合金制成，所述第二变形部对应所述喉部区域(60)设置，当所述变几何导叶通道结构由所述低工况状态变为所述高工况状态，所述第二变形部向远离所述叶片(30)的方向扩张，当所述变几何导叶通道结构由所述高工况状态变为所述低工况状态，所述第二变形部向靠近所述叶片(30)的方向缩回。

5.一种变几何导叶通道结构的设计方法，其特征在于，用于对如权利要求1-4任一项所述的变几何导叶通道结构的记忆合金进行记忆训练，所述设计方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的变几何导叶通道结构的设计方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述第一范围值的左端值通过导叶进口总温在低工况状态时的温度确定，所述第一范围值的右端值通过导叶进口总温在高工况状态时的温度确定。

7.根据权利要求5所述的变几何导叶通道结构的设计方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述第二范围值通过以下公式得到：

8.根据权利要求5所述的变几何导叶通道结构的设计方法，其特征在于，在步骤s4中，第四范围值h通过以下公式求得；

9.一种涡轮发动机，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的变几何导叶通道结构。

10.根据权利要求9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机为涡轮级间燃烧发动机。

技术总结本发明涉及航空发动机技术领域，公开了一种变几何导叶通道结构、其设计方法及涡轮发动机，变几何导叶通道结构包括：至少部分上流道壁由温度记忆合金制成的第一变形部；叶片设置于上流道壁与下流道断壁之间，相邻的两个叶片之间形成喉部区域，第一变形部对应喉部区域设置；当变几何导叶通道结构由低工况状态变为高工况状态，第一变形部向远离叶片的方向扩张，当变几何导叶通道结构由高工况状态变为低工况状态，第一变形部向靠近叶片的方向缩回。本发明通过在上流道壁上设置温度记忆合金制成的第一变形部，能够在较大的范围内，实现对变几何导叶通道流通能力的调节，且不受限于叶片的角度，不会带来额外的涡轮间隙泄漏流损失和端壁二次流损失。技术研发人员：赵兰芳,李维,张绍文,曾飞,王漳军受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13