旋转冲压压气机压缩转子技术分析及展望

《旋转冲压压气机压缩转子技术分析及展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn旋转冲压压气机压缩转子技术分析及展望12韩吉昂，钟兢军1.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院（150001）2.大连海事大学机电与材料工程学院（116026）E-mail：hja6065@126.com摘要：旋转冲压压气机压缩转子是一种采用超音速飞行进气道中所用的激波压缩技术进行气流压缩的新型压缩系统。与常规压气机相比，具有单级压比高、压缩效率高、结构简单、体积小和重量轻的优点。通过对其工作原理及结构的分析，总结并分析了其关键技术，主要包括运动激波系的配

2、置、泄露密封、转子支撑和附面层吸除等。最后，讨论了这种压缩转子的潜在用途。关键词：旋转冲压压缩转子；激波；泄露密封；转子支撑；附面层吸除1引言压气机是航空涡轮发动机的重要部件之一，其作用是对进入发动机的气流进行压缩，以提高气流的压力。随着战斗机性能的不断提高，其对发动机性能的要求也越来越高，体现在压气机上就是：高的单级和总压比、高的压缩效率等。由于采用常规方法设计的压气机要满足上述要求，往往需要较多的压气机级数，这无疑会增加发动机的重量及能量损失，导致发动机总体性能的下降。因此，开发具有较轻重量和

3、良好压缩性能的新型压缩系统就具有特别重要的意义。激波压缩是一种利用超音速气流绕物体流动时产生的激波来对气流进行压缩的气流压缩方式，其现阶段主要应用在超音速飞行器的进气道中。与航空涡轮发动机中常用的气流压缩方式相比，激波压缩具有压比高、压缩效率高、结构简单等优点，能够满足高性能发动机对气流压缩和压气机减重的要求，是一种高效而有巨大潜在应用价值的气流压缩方式。为了应用这种高效的气流压缩方式，美国Ramgen动力系统公司提出了一种新型的压缩系[1]统，我们称之为旋转冲压压气机，其原理结构图如图1所示。这

4、种新型的压缩系统融合了超音速飞行进气道中所用的激波压缩技术与常规轴流式和离心式压气机的设计技术，从而获得了一种高效的压缩系统，其单级压比远高于现在使用的轴流和离心式压气机。本文对这种新型压气机的核心部件——旋转冲压压气机压缩转子所用到的关键技术进行了研究，以期能为我国开展相关方面的研究工作打下一定的基础。图1旋转冲压压气机原理结构图-1-http://www.paper.edu.cn2旋转冲压压缩转子的工作原理图2旋转冲压压缩转子流道转变示意图要把超音速飞行进气道中的激波压缩技术用于压缩系统的设计

5、中，我们就需要满足这种压缩方式能够正常工作的前提条件，即超音速条件。由于气流的流动都可以通过选择不同的坐标系而变换为相对流动，所以，我们要实现超音速条件，除了来流是超音速外还可以人为的产生超音速条件，即通过高速旋转的转子来实现。当转子以相当高的速度旋转时，其转子外缘处的气流相对速度就能达到或超过音速，这就为采用激波压缩这种高效的压缩方式压缩气流创造了条件。在此条件下，如果我们把类似于二元超音速飞行进气道的气流通道以一个[2]小的角度（一般是5-10度）放置在转子的轮缘上，当转子轮缘处的气流相对速度

6、达到超音速时，放置于轮缘上的气流通道中就会产生类似于超音速飞行进气道中的激波系，从而对进入气流通道中的气流进行激波压缩，这样就形成了旋转冲压压缩转子的气流压缩通道。图[3][4]2是超音速飞行进气道向旋转冲压压缩转子气流通道的转变过程，图3是旋转冲压压缩转子的结构原理图。图3旋转冲压压缩转子结构原理图旋转冲压压缩转子轮缘近似矩形的流道是由安装在轮缘上的三个隔板以及转子顶部的静止外壳组成的。隔板是每个流道的轴向边界，在转子工作时，它也要做一小部分气流压缩工作。当转子开始旋转时，气流就随之进入轮缘的流

7、道。在开始阶段，由于转子的转速较低，气流相对速度达不到超音速条件，流道中没有激波出现，旋转冲压压缩转子不能正常工作。-2-http://www.paper.edu.cn随着转子旋转速度的不断提高，流道中的气流相对速度也随之提高。当转子速度足够高时，进入流道中的气流相对速度就会达到超音速条件。此时，当气流绕流流道中设置的压缩面时就会产生一系列激波及反射波（其波系示意图如图2下图所示），气流通过这些激波及反射波时，其压强和温度升高，速度降低，从而达到了气流压缩的目的。3旋转冲压压缩转子研究的关键技术3

8、.1运动激波系的配置运动激波系是旋转冲压压缩转子进行气流压缩的前提，因此转子轮缘的超音速流道中激波系配置的好坏直接决定着冲压压缩转子能否正常工作以及压缩性能的好坏。由于转子轮缘的冲压压缩流道与超音速飞行进气道有许多相同之处，而运动激波又可以通过坐标变换转化为驻激波，因此我们在配置其激波系时可以参考超音速飞行进气道中激波系的配置方法。目前，超音速进气道中气流的压缩方式可分为三种，即外压式、内压式和混压式。由于受旋转冲压压缩转子顶部静止外罩的限制，我们只能选择内压式的气流压缩方式。鉴于