一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔

摘要

一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，多个过预旋叶型接受孔均布在预旋供气系统中盖板盘的表面。各过预旋叶型接受孔的入口至出口为在圆周方向上偏转弯曲的曲面，并由该曲面中一侧的凸曲面形成了叶型压力面，另一侧的凹曲面形成了叶型吸力面；两个侧表面的曲面呈收缩状，使各所述过预旋叶型接受孔横截面的面积逐渐减小。本发明气流流动损失小、使气流能够在经过预旋喷嘴偏转加速后直接进入接受孔，消除了突扩、突缩的型面损失，提高了等半径预旋供气系统的温降效果，并使喷嘴出口旋转比增大、系统温降提高，增加涡轮转子叶片的寿命，适于预旋喷嘴与叶片供气孔半径位置比为1的等半径预旋供气系统。

权利要求

1.一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，所述等半径预旋供气系统是指预旋喷嘴的中心点所在预旋喷嘴盘的半径与叶片供气孔的中心点所在涡轮盘的半径相等的预旋供气系统；所述预旋供气系统包括盖板盘和涡轮盘；所述盖板盘的内表面与该涡轮盘的内表面之间贴合，并使位于盖板盘上的过预旋叶型接受孔与位于涡轮盘上的叶片供气孔一一对应；所述过预旋叶型接受孔有多个，均布在预旋供气系统中的盖板盘的表面；各所述过预旋叶型接受孔均为贯通孔，并且各过预旋叶型接受孔的进口位于该盖板盘靠近预旋喷嘴盘一侧的表面上，该过预旋叶型接受孔的出口位于该盖板盘靠近涡轮盘一侧的表面上；其特征在于：

所述过预旋叶型接受孔为斜孔，并且该斜孔自入口至出口在圆周方向上偏转弯曲，使该过预旋叶型接受孔内的两个侧表面均为曲面，并由该曲面中一侧的凸曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶型压力面，另一侧的凹曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶型吸力面；两个侧表面的曲面呈收缩状，使各所述过预旋叶型接受孔横截面的面积逐渐减小；由于叶型吸力面与叶型压力面在周向上的偏转弯曲，故所述过预旋叶型接受孔在进口处有进口结构角α1，在出口有出口结构角α2；进口结构角α1与气流在进口处的攻角δ1相等；攻角大小根据具体的气动参数确定；出口结构角α2与叶片供气孔的周向倾角σ相等；

所述过预旋叶型接受孔内的上表面与下表面均为旋转曲面。

2.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述过预旋叶型接受孔内上表面的形成方式是在叶型接受孔进口处的上弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的上弧边所在圆周上取相对应的一点作为第二点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上；将第一点和第二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型接受孔的上表面；所述过预旋叶型接受孔内下表面的形成方式是在叶型接受孔进口处的下弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的下弧边所在圆周上取相对应的一点作为第二点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上；将所述第一点和第二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型接受孔的下表面。

3.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述进口呈矩形，并使该进口的两个长边为与该盖板盘同轴的弧形边，进口的两弧形边中的上弧边半径与预旋喷嘴出口上弧边的半径相等；两弧形边中的下弧边半径与预旋喷嘴出口下弧边的半径相等；上弧边两端与该上弧边圆心之间有夹角λ，使得在盖板盘上，各所述叶型接受孔的进口的上弧边的弧长之和占所在圆的周长的70％以上；进口的两个短边之间有夹角ε1，夹角ε1的大小与涡轮盘上叶片供气孔的两侧边夹角η相等。

4.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述出口呈梯形，并使该出口的上底边与下底边均为与该盖板盘同轴的弧形边；该出口的两个弧形边中上弧边的半径与叶片供气孔进口上弧边的半径相等，两弧形边中下弧边的半径与叶片供气孔进口下弧边的半径相等；该各预旋叶型接受孔出口的两个侧边之间有夹角ε2，夹角ε2的大小与涡轮盘上叶片供气孔的两侧边夹角η相等；各所述过预旋叶型接受孔的进口与各过预旋叶型接受孔的出口位于该盖板盘的同一半径上；各所述各过预旋叶型接受孔的出口与位于涡轮盘上的各叶片供气孔的位置相对应，并使过预旋叶型接受孔出口形状与涡轮盘上叶片供气孔的形状完全相同。

5.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述叶型压力面和叶型吸力面均使用样条曲线确定线形，通过拔模的方式确定两者的型面。

6.如权利要求5所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述叶型吸力面与叶型压力面的线形坐标见表5：表5 叶型型面坐标

所述叶型吸力面与叶型压力面的线形坐标所处的坐标系是以该过预旋叶型接受孔的出口的几何中心作为坐标原点；坐标系的x轴平行于盖板盘的轴线，并以盖板盘圆周方向在出口的几何中心处切线的反方向作为y轴。

7.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述叶型压力面和叶型吸力面在过预旋叶型接受孔的进口及出口处都有周向倾角；进口处的周向倾角的大小与进口处的气流攻角δ1有关，所述叶型压力面在过预旋叶型接受孔的进口处的周向倾角β1是气流攻角δ1的20％～60％，以避免冷却气流在该处形成漩涡；所述叶型吸力面在过预旋叶型接受孔的进口处的周向倾角γ1是进口处气流攻角δ1的140％～180％，以利于引导气流流入叶型接受孔；β1、γ1和δ1之间满足以下关系：(β1+γ1)÷2＝δ1，即叶型压力面与叶型吸力面在所述过预旋叶型接受孔的进口的周向倾角β1、γ1的平均值与气流在该进口处的气流攻角δ1相等；

叶型压力面与叶型吸力面在所述过预旋叶型接受孔出口的周向倾角β2、γ2相等，均等于叶片供气孔的周向倾角σ，即β2＝γ2＝σ，这样可以保证冷却气流能够顺畅的进入叶片供气孔，使得这一过程中的流动损失最小；所述叶型压力面起顺应气流进入、避免漩涡产生的作用；叶型吸力面起引导气流方向偏转、减小流动阻力的作用。

8.如权利要求1所述用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔，其特征在于，所述进口结构角α1与进口处的气流攻角δ1相等，均为70°；出口结构角α2与叶片供气孔的周向倾角σ相等，均为105°；叶型压力面在进口处的周向倾角β1的值为30°，是进口处气流攻角δ1的

43％；叶型吸力面在进口处的周向倾角γ1的值为110°，是进口处气流攻角δ1的157％；叶型压力面和叶型吸力面在出口处的周向倾角β2、γ2均为105°。

说明书

一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔

技术领域

[0001] 本发明涉及航空发动机预旋供气系统应用领域，具体是一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔。

背景技术

[0002] 作为航空发动机空气系统极其重要的一个组成部分，预旋供气系统是为高速转动的涡轮转子叶片提供满足供气压力和供气流量需求的系统。同时，该预旋供气系统可以尽
可能的降低供气的相对总温，一个设计合理的预旋供气系统可使冷气相对总温降低100K左
右，能够大大增加航空发动机的运行安全性，延长发动机的工作寿命。

[0003] 等半径预旋供气系统指的是预旋喷嘴和叶片供气孔半径位置比为1的预旋供气系统。在图1中，发动机主流4依次经过燃烧室1、涡轮导叶2和涡轮动叶3。等半径预旋供气系统
位于燃烧室内环和第一级涡轮动叶之间，属于航空发动机的二次流系统。该系统由预旋喷
嘴盘6、盖板盘9、涡轮盘12，和分别加工在各盘上的预旋喷嘴7、接受孔10、叶片供气孔13，以
及预旋喷嘴盘6和盖板盘9之间围成的预旋腔8，和盖板盘9和涡轮盘12之间围成的盖板腔11
组成。在等半径预旋供气系统中，发动机内的冷却气流5流经预旋喷嘴7偏转加速，然后进入
预旋腔8，随后经过接受孔10、盖板腔11和叶片供气孔13进入涡轮盘12，最终进入涡轮动叶
3。预旋喷嘴盘6是静盘，盖板盘9和涡轮盘12是转盘，图中打剖面线的转盘即为盖板盘9。从
图中可以看出，预旋喷嘴7、接受孔10和叶片供气孔13的所在半径相等，这是等半径预旋供
气系统的最主要特征。等半径预旋供气系统能够产生温降的主要原理是通过预旋喷嘴7加
速气流并形成与转盘转动方向相同的周向速度分量，降低气流静温，从而达到降低气流相
对总温的目的。

[0004] 等半径预旋供气系统中影响喷嘴下游流动损失及预旋温降的重要元件是转动的接受孔10。接受孔的主要功能是接收经过预旋喷嘴7偏转的气流并输送到盖板腔11中。现有
技术中的接受孔结构多为轴向直通跑道型接受孔，这种接受孔的进口及出口呈跑道型，其
几何中心与预旋喷嘴出口的几何中心位于相同的半径位置，但进口及出口的径向尺寸不与
预旋喷嘴出口的叶高相对应。图2是加工有轴向直通跑道型接受孔14的盖板盘15示意图。可
以看出跑道型接受孔沿周向均匀分布在盖板盘15上。为了便于观察接受孔14的具体结构，
选取一处A进行放大观察，能够看到每个接受孔14都有倒角16。

[0005] 等半径预旋供气系统中影响流动损失及预旋温降的另一个重要元件是盖板腔11。由于现有技术中的轴向直通跑道型接受孔14与叶片供气孔13的形状并不相同，故气流在从
接受孔流至叶片供气孔的过程中，需要在盖板盘和涡轮盘之间围成一个转转盘腔作为中
转，承接流出接受孔14的气流，再将气流输送至叶片供气孔13内，这个转转盘腔就是盖板腔
11。图4是加工有现有技术中的轴向直通跑道型接受孔14的盖板盘15与涡轮盘12的装配图。
该盖板盘15通过沉头螺栓紧固在涡轮盘12上，两盘之间围成了盖板腔11。选取一处B放大观
察，可以看到盖板腔11的轴向位置在轴向直通跑道型接受孔14和叶片供气孔13之间。为了
更好地展示接受孔14、盖板盘15、盖板腔11、涡轮盘12及叶片供气孔13的相对位置关系，给
出了该装配图在接受孔出口的几何中心所在半径处的向下剖视图，在该剖视图中还标出了
轴向方向、圆周方向和冷却气流5的大致流向。冷却气流5流经接受孔14后，进入盖板盘15和
涡轮盘12之间的盖板腔11，随后进入涡轮盘12上的叶片供气孔13。可以看到冷却气流5在流
入接受孔14前，其攻角方向与接受孔进口有较大的夹角，这必然使得气流在接受孔压力面
形成漩涡，造成很大的流动损失。冷却气流5在流过接受孔14后，先进行突扩进入盖板腔11，
再进行突缩进入叶片供气孔13，并最终扭转气流方向至与叶片供气孔周向倾角相等，气流
的突扩‑突缩损失以及气流方向的强行扭转使得冷却气流5在此处的流动损失很大。

[0006] 公开号为CN107313860的发明创造中公开了一种应用于预旋供气系统的叶型接受孔结构。该发明的叶型接受孔结构使得气流的周向速度沿孔不断增加，并减小气流在孔中
的流动损失，但在工程应用上不适于等半径预旋供气系统，也不能减小气流在盖板腔内的
突扩突缩损失。公开号CN110552788A公开了一种用于预旋供气系统的带有径向跑道斜孔式
接受孔的盖板盘，该盖板盘中接受孔的设计可以减小盖板盘的开孔率，提高盖板盘的结构
强度，但不能引导气流方向在孔中偏转，不能减小气流在接受孔中及盖板腔内的流动损失。

发明内容

[0007] 为了克服现有技术中存在的轴向直通跑道型接受孔和盖板腔中气流流动损失大、预旋供气系统温降低的缺点，减小转动部分流动损失，提高系统温降特性，本发明提出了一
种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔。

[0008] 所述预旋供气系统包括盖板盘和涡轮盘；所述盖板盘的内表面与该涡轮盘的内表面之间贴合，并使位于盖板盘上的过预旋叶型接受孔与位于涡轮盘上的叶片供气孔一一对
应；所述过预旋叶型接受孔有多个，均布在预旋供气系统中的盖板盘的表面；各所述过预旋
叶型接受孔均为贯通孔，并且各过预旋叶型接受孔的进口位于该盖板盘靠近预旋喷嘴盘一
侧的表面上，该过预旋叶型接受孔的出口位于该盖板盘靠近涡轮盘一侧的表面上；其特征
在于：

[0009] 所述过预旋叶型接受孔为斜孔，并且该斜孔自入口至出口在圆周方向上偏转弯曲，使该过预旋叶型接受孔内的两个侧表面均为曲面，并由该曲面中一侧的凸曲面形成了
所述过预旋叶型接受孔的叶型压力面，另一侧的凹曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的叶
型吸力面；两个侧表面的曲面呈收缩状，使各所述过预旋叶型接受孔横截面的面积逐渐减
小；由于叶型吸力面与叶型压力面在周向上的偏转弯曲，故所述过预旋叶型接受孔在进口
处有进口结构角α1，在出口有出口结构角α2；进口结构角α1与气流在进口处的攻角δ1相等；
攻角大小根据具体的气动参数确定；出口结构角α2与叶片供气孔的周向倾角σ相等；

[0010] 所述过预旋叶型接受孔内的上表面与下表面均为旋转曲面。

[0011] 所述过预旋叶型接受孔内上表面的形成方式是在叶型接受孔进口处的上弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的上弧边所在圆周上取相对应的一点作为第二
点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上；将第一点和第
二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型接受孔的上
表面；所述过预旋叶型接受孔内下表面的形成方式是在叶型接受孔进口处的下弧边所在圆
周上任取一点作为第一点，在出口处的下弧边所在圆周上取相对应的一点作为第二点，使
得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上；将所述第一点和第二
点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型接受孔的下表
面。

[0012] 所述进口呈矩形，并使该进口的两个长边为与该盖板盘同轴的弧形边，进口的两弧形边中的上弧边半径与预旋喷嘴出口上弧边的半径相等；两弧形边中的下弧边半径与预
旋喷嘴出口下弧边的半径相等；上弧边两端与该上弧边圆心之间有夹角λ，使得在盖板盘
上，各所述叶型接受孔的进口的上弧边的弧长之和占所在圆的周长的70％以上；进口的两
个短边之间有夹角ε1，夹角ε1的大小与涡轮盘上叶片供气孔的两侧边夹角η相等。

[0013] 所述出口呈梯形，并使该出口的上底边与下底边均为与该盖板盘同轴的弧形边；该出口的两个弧形边中上弧边的半径与叶片供气孔进口上弧边的半径相等，两弧形边中下
弧边的半径与叶片供气孔进口下弧边的半径相等；该各预旋叶型接受孔出口的两个侧边之
间有夹角ε2，夹角ε2的大小与涡轮盘上叶片供气孔的两侧边夹角η相等；各所述过预旋叶型
接受孔的进口与各过预旋叶型接受孔的出口位于该盖板盘的同一半径上；各所述各过预旋
叶型接受孔的出口与位于涡轮盘上的各叶片供气孔的位置相对应，并使过预旋叶型接受孔
出口形状与涡轮盘上叶片供气孔的形状完全相同。

[0014] 所述叶型压力面和叶型吸力面均使用样条曲线确定线形，通过拔模的方式确定两者的型面。

[0015] 所述叶型吸力面与叶型压力面的线形坐标见表5：

[0016] 表5叶型型面坐标

[0017]

[0018]

[0019] 采用样条曲线的方法分别将各叶型吸力面的线形坐标与叶型压力面的线形坐标连接，得到各所述叶型吸力面的线形与叶型压力面的线形；将得到的叶型吸力面的线形与
叶型压力面的线形分别通过拔模的方式形成所述叶型吸力面和叶型压力面；

[0020] 所述叶型吸力面与叶型压力面的线形坐标所处的坐标系是以该过预旋叶型接受孔的出口的几何中心作为坐标原点；坐标系的x轴平行于盖板盘的轴线，并以盖板盘圆周方
向在出口的几何中心处切线的反方向作为y轴。

[0021] 所述叶型压力面和叶型吸力面在过预旋叶型接受孔的进口及出口处都有周向倾角；进口处的周向倾角的大小与进口处的气流攻角δ1有关，所述叶型压力面在过预旋叶型
接受孔的进口处的周向倾角β1是气流攻角δ1的20％～60％，以避免冷却气流在该处形成漩
涡；所述叶型吸力面在过预旋叶型接受孔的进口处的周向倾角γ1是进口处气流攻角δ1的
140％～180％，以利于引导气流流入叶型接受孔；β1、γ1和δ1之间满足以下关系：(β1+γ1)
÷2＝δ1，即叶型压力面与叶型吸力面在所述过预旋叶型接受孔的进口的周向倾角β1、γ1
的平均值与气流在该进口处的气流攻角δ1相等；

[0022] 叶型压力面与叶型吸力面在所述过预旋叶型接受孔出口的周向倾角β2、γ2相等，均等于叶片供气孔的周向倾角σ，即β2＝γ2＝σ，这样可以保证冷却气流能够顺畅的进入叶
片供气孔，使得这一过程中的流动损失最小；所述叶型压力面起顺应气流进入、避免漩涡产
生的作用；叶型吸力面起引导气流方向偏转、减小流动阻力的作用。

[0023] 所述进口结构角α1与进口处的气流攻角δ1相等，均为70°；出口结构角α2与叶片供气孔的周向倾角σ相等，均为105°；叶型压力面在进口处的周向倾角β1的值为30°，是进口处
气流攻角δ1的43％；叶型吸力面在进口处的周向倾角γ1的值为110°，是进口处气流攻角δ1
的157％；叶型压力面和叶型吸力面在出口处的周向倾角β2、γ2均为105°。

[0024] 本发明提出的过预旋叶型接受孔适合于预旋喷嘴与叶片供气孔半径位置比为1的等半径预旋供气系统。

[0025] 本发明中，过预旋叶型接受孔是一个沿转盘转动方向偏转的斜孔,沿预旋喷嘴出口的几何中心所在半径周向均匀分布在盖板盘上；过预旋叶型接受孔在轴向上贯穿盖板
盘，与涡轮盘上的叶片供气孔一一正对，直接相连，盖板盘与涡轮盘之间的盖板腔被填充；
过预旋叶型接受孔进口是一个带有圆弧长边的圆角矩形，所有进口的上圆弧边的弧长之和
占所在圆的周长的70％以上，径向尺寸与预旋喷嘴出口的上下弧边半径一致，进口结构角
与气流在进口处的攻角相等；过预旋叶型接受孔出口形状与涡轮盘上叶片供气孔的形状完
全相同，出口结构角与叶片供气孔的周向倾角相等；过预旋叶型接受孔的偏转型面分别为
自行设计的叶型吸力面和叶型压力面，两者均使用样条曲线确定线形，然后以拔模的方式
确定两者的面型；总体上看该孔流道在径向上尺寸变化不大，轴向上呈渐缩状，流动面积逐
渐减小。

[0026] 与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：

[0027] 1、对于传统轴向直通跑道型接受孔，在接受孔进口处气流相对速度方向与孔的轴向壁面存在较大的夹角，接受孔压力面附近会产生明显的漩涡，导致接受孔出口产生回流，
降低了接受孔的有效流通面积，因此气流在接受孔内部流动损失较大，流量系数较低。且接
受孔进口处气流旋转比越高，接受孔压力面的漩涡区域便越大，流动损失也越大。本发明提
出的这种过预旋叶型接受孔，根据气动特性进行结构优化，具有合适的进出口结构角，在过
预旋叶型接受孔进口处，旋转比大于1的气流能够顺畅的流入转动的接受孔，接受孔内不产
生漩涡，大大减小了接受孔内部的流动损失，获得较高的接受孔流量系数；而气流在流出过
预旋叶型接受孔，流入叶片供气孔时，合适的出口结构角又使得气流在这一过程中的流动
损失最小。

[0028] 2、气流在流过预旋腔这一转‑静盘腔进入接受孔的过程中，影响气流流动特性的重要参数是接受孔进口的周向尺寸。如果周向尺寸过小，那么接受孔的进口面积就不够大，
大部分气流将与两接受孔进口之间的壁面发生摩擦，损失一部分动能后再进入接受孔，这
会减小气流的攻角，导致气流在接受孔压力面产生更大的漩涡，影响预旋供气系统的温降
性能。本发明中，过预旋叶型接受孔进口的上下弧边半径与预旋喷嘴出口处的上下弧边半
径相等，这样在相同进口面积的情况下，进口的周向尺寸能够尽可能的大，所有进口的上弧
边弧长之和占所在圆周长的70％以上，绝大多数气流能够在经过预旋喷嘴偏转加速后直接
进入接受孔。

[0029] 3、气流在接受孔内的流动过程中，气流方向会受叶型吸力面与叶型压力面的引导，使得气流攻角沿叶型型面逐渐偏转，最终在接受孔出口处的攻角δ2正好与涡轮盘上叶
片供气孔的周向倾角相等，这样气流可以非常顺畅地直接通入叶片供气孔中，大大降低了
供气孔内部的流动损失和压力损失。在等半径预旋供气系统中，预旋喷嘴的进口压力为压
气机某一级的引气压力，基本为定值，叶片供气孔的出口压力为涡轮转子叶片的供气压力，
也为定值。因此，当通过该过预旋叶型接受孔降低转子压降时，喷嘴出口压力得到降低，喷
嘴压比增大，喷嘴出口旋转比提高，而整个预旋供气系统的温降与喷嘴出口旋转比成正比。
因此，过预旋叶型接受孔通过降低自身流动损失和减小供气孔处的流动损失，可以使喷嘴
出口旋转比增大，系统温降提高，提高涡轮转子叶片的使用寿命。

[0030] 4、气流在流出接受孔进入盖板腔，到离开盖板腔进入叶片供气孔的这一过程中，会有较大的突扩、突缩损失。本发明提出的这种过预旋叶型接受孔，在设计上使得接受孔出
口形状与叶片供气孔进口形状完全相等，盖板腔结构被去除，气流流经过预旋叶型接受孔
后直接进入叶片供气孔，在保证供气流量、供气压力的前提下，消除了突扩、突缩的型面损
失，进一步提高了等半径预旋供气系统的温降效果。

[0031] 对于某型等半径预旋供气系统，其他元件均保持相同，分别使用现有技术的轴向直通跑道型接受孔和过预旋叶型接受孔，采用数值计算方法，对比分析两者的差异。

[0032] 等半径预旋供气系统的结构及气动参数见表1。

[0033] 表1预旋供气系统结构及气动参数

[0034]

[0035] 两种接受孔的主要结构参数见表2：

[0036] 表2两种接受孔的主要结构参数

[0037]

[0038]

[0039] 分别对两者进行CFD数值模拟，得到的性能参数见表4：

[0040] 表3性能参数对比

[0041]性能参数 轴向直通跑道型接受孔 过预旋叶型接受孔
流量系数 0.52 0.88
接受孔进口旋转比 1.35 1.42
接受孔出口旋转比 1.21 0.95
供气孔进口旋转比 1.02 0.95
喷嘴压比 1.56 1.81
系统温降 62.5K 82.6K
温降效率 0.55 0.81

[0042] 表3是通过CFD数值模拟得到的过预旋叶型接受孔与轴向直通跑道型接受孔的性能参数及预旋供气系统系统特性结果。可以看出，过预旋叶型接受孔的流动损失明显小于
轴向直通跑道型接受孔，过预旋叶型接受孔的流量系数高达0.88，远大于轴向直通跑道型
接受孔的0.52。根据气动特性设计的过预旋叶型接受孔进口处的旋转比达到1.42，气流的
相对周向速度很大，随着气流沿着型面偏转，其周向速度逐渐减小，轴向速度逐渐增大，接
受孔出口处的气流旋转比变为0.95，气流的相对周向速度方向逐渐偏转至与叶片供气孔的
周向倾角相等的105°，气流将以正对的角度直接流入叶片供气孔，流动损失降至最小。轴向
直通跑道型接受孔进口处的旋转比仅为1.35，出口旋转比为1.21，这意味着接受孔出口处
气流的相对周向速度是转盘在该半径处转速的1.21倍，经过盖板腔后，气流在叶片供气孔
进口处的旋转比仍达到1.02，受到高旋转比的影响，气流将在叶片供气孔进口处形成漩涡，
造成流动损失。

[0043] 轴向直通跑道型接受孔内流动损失会明显提高预旋喷嘴出口的压力，降低喷嘴压比，降低系统温降。可以看到此时喷嘴压比为1.56，温降仅为62.5K，温降效率只有0.55。而
对于过预旋叶型接受孔，其过预旋叶型接受孔与叶片供气孔流动损失很小，喷嘴压比可以
达到1.81，系统总温降达到82.6K，较传统模型提高32％，温降效率则高达0.81，这对增加航
空发动机的运行安全性，延长发动机的工作寿命具有重大意义。

[0044] 图7是根据表1、表2的设计参数进行的CFD计算得到的轴向直通跑道型接受孔14的流动迹线图。图中可以看到虽然倒角16的结构减小了冷却气流进入接受孔14的阻力，但气
流仍然在接受孔14的压力面形成了漩涡。冷却气流在离开接受孔14后，其气流攻角变化不
大，无法直接流入与之对应的叶片供气孔13，而是在盖板腔内继续流动，最终流入下一个相
位的叶片供气孔13，这样的流动情况使得气流在叶片供气孔13内的流动并不均匀，全部集
中于一侧，流动阻力很大。

[0045] 图8是是根据表1、表2的设计参数进行的CFD计算得到的过预旋叶型接受孔17的流动迹线图。图中可以看到冷却气流进入接受孔17后流动非常顺畅、均匀，没有产生漩涡。受
叶型吸力面20和叶型压力面21型面的影响，位于不同位置的气流，其攻角也不同，靠近叶型
压力面21的气流的攻角较小，靠近叶型吸力面20的气流的攻角则接近于90度。气流流经接
受孔17，在接受孔出口22处时的攻角已与叶片供气孔13的周向倾角非常接近，这使得气流
能够以非常均匀的方式进入叶片供气孔13，流动阻力很小。

附图说明

[0046] 图1是等半径预旋供气系统结构示意图；

[0047] 图2是现有技术中盖板盘的结构示意图；

[0048] 图3是图2中A处的放大图；

[0049] 图4是现有技术中盖板盘与涡轮盘的装配图；

[0050] 图5是图4中B处的放大图；

[0051] 图6是图5中的M‑M方向的剖视图；

[0052] 图7是根据表1、表2参数进行的CFD计算得到的轴向直通跑道型接受孔的流动迹线图；

[0053] 图8是是根据表1、表2参数进行的CFD计算得到的过预旋叶型接受孔的流动迹线图。

[0054] 图9是具有本发明提出的过预旋叶型接受孔的盖板盘的结构示意图；

[0055] 图10是图9中C部位的放大图；

[0056] 图11是本发明提出的过预旋叶型接受孔进口上弧边所对应圆心角λ的示意图；

[0057] 图12是图9中盖板盘的后视图；

[0058] 图13是图11中D部位的放大图；

[0059] 图14是具有本发明提出的过预旋叶型接受孔的盖板盘与涡轮盘的装配示意图；

[0060] 图15是图13中E部位的放大图；

[0061] 图16是图14中N‑N方向的剖视图；

[0062] 图17是过预旋叶型接受孔结构示意图。

[0063] 图中：1.燃烧室；2.涡轮导叶；3.涡轮动叶；4.发动机主流；5.流经预旋供气系统的冷却气流；6.预旋喷嘴盘；7.预旋喷嘴；8.预旋腔；9.接受孔；10.盖板盘；11.盖板腔；12.涡
轮盘；13.叶片供气孔；14.轴向直通跑道型接受孔；15.加工有轴向直通跑道型接受孔的盖
板盘；16.倒角；17.过预旋叶型接受孔；18.加工有过预旋叶型接受孔的盖板盘；19.过预旋
叶型接受孔的进口；20.叶型吸力面；21.叶型压力面；22.过预旋叶型接受孔的出口；23.倒
圆；24.过预旋叶型接受孔的上表面；25.过预旋叶型接受孔的下表面；26.轴向方向；27.圆
周方向。

[0064] α1：叶型接受孔的进口结构角；

[0065] α2：叶型接受孔的出口结构角；

[0066] β1：压力面在叶型接受孔进口处的周向倾角；

[0067] β2：压力面在叶型接受孔出口处的周向倾角；

[0068] γ1：吸力面在叶型接受孔进口处的周向倾角；

[0069] γ2：吸力面在叶型接受孔出口处的周向倾角；

[0070] ε1：过预旋叶型接受孔进口两短边间夹角；

[0071] ε2：过预旋叶型接受孔出口两侧边间夹角；

[0072] δ1：气流在接受孔进口处的攻角；

[0073] δ2：气流在接受孔出口处的攻角；·

[0074] λ：过预旋叶型接受孔进口上弧边所对应的圆心角；

[0075] L:过预旋叶型接受孔的轴向长度；

具体实施方式

[0076] 本实施例是一种用于等半径预旋供气系统的过预旋叶型接受孔。所述预旋供气系统采用现有技术，包括盖板盘和涡轮盘。所述盖板盘的内表面与该涡轮盘的内表面之间贴
合，并使位于盖板盘上的过预旋叶型接受孔与位于涡轮盘上的叶片供气孔13一一对应。

[0077] 所述预旋供气系统的结构参数见表1，本实施例中的过预旋叶型接受孔的具体参数见表4。

[0078] 表4叶型接受孔的具体参数

[0079]

[0080]

[0081] 所述过预旋叶型接受孔17有多个，均布在预旋供气系统中的盖板盘18的表面。各所述过预旋叶型接受孔17均为贯通孔，并且各过预旋叶型接受孔的进口19位于该盖板盘18
靠近预旋喷嘴盘6一侧的表面上，该过预旋叶型接受孔的出口22位于该盖板盘18靠近涡轮
盘12一侧的表面上。所述进口19呈矩形，并使该进口的两个长边为与该盖板盘同轴的弧形
边，进口19的两弧形边中的上弧边半径与预旋喷嘴出口上弧边的半径相等；两弧形边中的
下弧边半径与预旋喷嘴出口下弧边的半径相等。

[0082] 上弧边两端与该上弧边圆心之间有夹角λ，使得在盖板盘18上，各所述叶型接受孔的进口19的上弧边的弧长之和占所在圆的周长的70％以上。进口19的两个短边之间有夹角
ε1，夹角ε1的大小与涡轮盘12上叶片供气孔13的两侧边夹角η相等。

[0083] 所述出口呈梯形，并使该出口的上底边与下底边均为与该盖板盘同轴的弧形边；该出口的两个弧形边中上弧边的半径与叶片供气孔13进口上弧边的半径相等，两弧形边中
下弧边的半径与叶片供气孔13进口下弧边的半径相等。该各预旋叶型接受孔出口的两个侧
边之间有夹角ε2，夹角ε2的大小与涡轮盘12上叶片供气孔13的两侧边夹角η相等。各所述过
预旋叶型接受孔的进口19与各过预旋叶型接受孔的出口22位于该盖板盘的同一半径上；各
所述各过预旋叶型接受孔的出口与位于涡轮盘12上的各叶片供气孔13的位置相对应，并使
过预旋叶型接受孔出口形状与涡轮盘上叶片供气孔的形状完全相同。各所述出口与各叶片
供气孔之间一一光滑连通。

[0084] 所述过预旋叶型接受孔进口19和出口22的各相邻的边之间通过倒圆23过渡。

[0085] 本实施例中，各过预旋叶型接受孔进口19的几何中心与各过预旋叶型接受孔出口22的几何中心与该盖板盘中心之间的距离均为246.5mm；所述进口的上弧边的半径为
249mm，下弧边半径为243.75mm；单个进口19的上弧边所对应的圆心角λ为4°，各所述进口上
弧边的弧长之和占所在圆周长的75.6％。出口22的上弧边半径为250.5mm，下弧边的半径为
241.5mm；各所述进口19的两个短边之间的夹角ε1和出口22的两个侧边之间的夹角ε2均与
叶片供气孔13的两侧边夹角η相等，为21.3°。

[0086] 所述过预旋叶型接受孔内的上表面24与下表面25均为旋转曲面。上表面24的形成方式是在叶型接受孔进口处的上弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的上弧边
所在圆周上取相对应的一点作为第二点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转
轴共同构成的平面上。将第一点和第二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转
轴旋转一周，即得到叶型接受孔的上表面。下表面25的形成方式是在叶型接受孔进口处的
下弧边所在圆周上任取一点作为第一点，在出口处的下弧边所在圆周上取相对应的一点作
为第二点，使得第二点在第一点与该第一点所在圆周的旋转轴共同构成的平面上。将所述
第一点和第二点直线相连，并将该直线沿第一点所在圆周的旋转轴旋转一周，即得到叶型
接受孔的下表面。

[0087] 所述过预旋叶型接受孔为斜孔，并且该斜孔自入口至出口在圆周方向上偏转弯曲，使该过预旋叶型接受孔内的两个侧表面均为曲面，并由该曲面中一侧的凸曲面形成了
所述过预旋叶型接受孔的叶型压力面21，另一侧的凹曲面形成了所述过预旋叶型接受孔的
叶型吸力面20；两个侧表面的曲面呈收缩状，使各所述过预旋叶型接受孔横截面的面积逐
渐减小。由于叶型吸力面20与叶型压力面21在周向上的偏转弯曲，故所述过预旋叶型接受
孔17在进口19处有进口结构角α1，在出口22有出口结构角α2。进口结构角α1与气流在进口
19处的攻角δ1相等。攻角大小根据具体的气动参数确定。出口结构角α2与叶片供气孔13的
周向倾角σ相等。

[0088] 所述叶型压力面21和叶型吸力面20均使用样条曲线确定线形，通过拔模的方式确定两者的型面。

[0089] 本实施例中的叶型吸力面与叶型压力面的线形坐标见表5：

[0090] 表5叶型型面坐标

[0091]

[0092]

[0093] 采用样条曲线的方法分别将各叶型吸力面的线形坐标与叶型压力面的线形坐标连接，得到各所述叶型吸力面的线形与叶型压力面的线形；将得到的叶型吸力面的线形与
叶型压力面的线形分别通过拔模的方式形成所述叶型吸力面和叶型压力面；

[0094] 所述叶型吸力面与叶型压力面的线形坐标所处的坐标系是以该过预旋叶型接受孔的出口22的几何中心作为坐标原点；坐标系的x轴平行于盖板盘的轴线，并以盖板盘圆周
方向在出口的几何中心处切线的反方向作为y轴。

[0095] 所述叶型压力面21和叶型吸力面20在过预旋叶型接受孔的进口19及出口22处都有一定的周向倾角。进口19处的周向倾角的大小与进口处的气流攻角δ1有关，所述叶型压
力面21在过预旋叶型接受孔的进口19处的周向倾角β1是气流攻角δ1的20％～60％，以避免
冷却气流5在该处形成漩涡。所述叶型吸力面20在过预旋叶型接受孔的进口19处的周向倾
角γ1是进口处气流攻角δ1的140％～180％，以利于引导气流流入叶型接受孔。β1、γ1和δ1
之间满足以下关系：(β1+γ1)÷2＝δ1，即叶型压力面21与叶型吸力面20在所述过预旋叶型
接受孔的进口19的周向倾角β1、γ1的平均值与气流在该进口处的气流攻角δ1相等。

[0096] 叶型压力面21与叶型吸力面20在所述过预旋叶型接受孔出口22的周向倾角β2、γ2相等，均等于叶片供气孔13的周向倾角σ，即β2＝γ2＝σ，这样可以保证冷却气流5能够顺
畅的进入叶片供气孔13，使得这一过程中的流动损失最小。所述叶型压力面21起顺应气流
进入、避免漩涡产生的作用；叶型吸力面20起引导气流方向偏转、减小流动阻力的作用。

[0097] 所述叶型吸力面20和叶型压力面21与上表面24、下表面25之间均通过圆角23过渡，圆角23从进口19处一直延伸到出口22。

[0098] 在本实施例中，进口结构角α1的大小与进口19处的气流攻角δ1相等，为70°；出口结构角α2与叶片供气孔13的周向倾角σ相等，为105°；叶型压力面21在进口19处的周向倾角
β1的值为30°，是进口19处气流攻角δ1的43％；叶型吸力面20在进口19处的周向倾角γ1的
值为110°，是进口19处气流攻角δ1的157％；叶型压力面21和叶型吸力面20在出口22处的周
向倾角β2、γ2均为105°；圆角23大小为1mm。