本發(fā)明屬于葉輪機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置，在拓寬軸流壓氣機的穩(wěn)定運行工作范圍的同時，降低壓氣機內(nèi)部噪聲。

背景技術(shù)：

壓氣機作為吸氣式推進系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，在航空發(fā)動機、吸氣式巡航導(dǎo)彈以及能源、化工工業(yè)的壓縮系統(tǒng)中均有廣泛應(yīng)用。然而，在現(xiàn)代高負(fù)荷軸流壓氣機設(shè)計工作中，研究人員面臨著各種非定常流動穩(wěn)定性問題。近年來，隨著工作負(fù)荷的不斷增加，更易造成壓氣機在工作范圍內(nèi)的穩(wěn)定工作裕度不足的問題，所以壓氣機擴穩(wěn)技術(shù)很重要。同時，我們知道，現(xiàn)代飛機噪聲對人類社會、自然環(huán)境的危害已成為世界性的通病，艙內(nèi)噪聲的直接危害是破壞人體神經(jīng)，引起身心疾病。艙外噪聲涉及對航線沿線的影響以及對機場周圍的影響。飛機噪聲中，發(fā)動機噪聲尤為主要。近年來，綠色航空的提出，對航空噪聲的要求越來越嚴(yán)格：飛機噪聲適航取證的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，對噪聲級限制的機場數(shù)目也在逐步增多。而且，機艙的舒適性是民用航空發(fā)動機的商業(yè)競爭的主要指標(biāo)，而發(fā)動機噪聲是艙內(nèi)噪聲的主要來源。在軍機方面，在滿足雷達隱身要求的同時，也開始重視聲隱蔽。由此可見，航空發(fā)動機降噪刻不容緩。但是，就目前所有的機匣處理裝置來看，在針對擴穩(wěn)的同時，均沒有涉及到對壓氣機內(nèi)部噪聲的消除。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種同時具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置，在最小化影響主流場流動的情況下，進一步拓寬高負(fù)荷跨音軸流壓氣機的穩(wěn)定工作范圍的同時，有效降低壓氣機內(nèi)部噪聲傳播和向外輻射。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

本發(fā)明提供一種具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置，包括環(huán)形機匣、環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板和環(huán)形整流板；所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板由多層多孔復(fù)合材料金屬板層堆疊而成；所述環(huán)形機匣具有環(huán)形背腔；所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板置于所述環(huán)形背腔中；所述環(huán)形整流板埋設(shè)于所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板中。

其中，所述多孔復(fù)合材料金屬板優(yōu)選為泡沫金屬板。

進一步地，所述環(huán)形整流板沿所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的厚度方向延伸配置，所述環(huán)形整流板在所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的厚度方向的尺寸等于所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的厚度。

進一步地，所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板作為壓氣機壁面的一部分。

進一步地，所述環(huán)形整流板設(shè)置在所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的軸向方向的1/2到2/3處。采用這一設(shè)置范圍，整流板對出入背腔的氣流流道進行規(guī)整引導(dǎo)，能夠更好地實現(xiàn)環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板內(nèi)氣流的宏觀有序流動，減少不必要的損失。

進一步地，所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的每層的孔隙率要控制在3％-20％之間。

進一步地，所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的層數(shù)為2至4層。

進一步地，所述環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的徑向厚度為所述環(huán)形背腔的徑向深度的1/2到4/5。采用這一設(shè)置范圍，環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板具有較好的消聲效果。

本發(fā)明的具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置的工作原理：

本發(fā)明的具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置是在壓氣機轉(zhuǎn)子前緣位置安裝處理過的多孔復(fù)合材料金屬板以改變整個動力系統(tǒng)的邊界條件來影響其系統(tǒng)演化行為并實現(xiàn)擴穩(wěn)降噪的目的。

上述的多孔復(fù)合材料金屬板，優(yōu)選泡沫金屬板，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各孔隙相互通透，作為一種壁面來說，葉尖處高壓氣流會透過金屬板的后緣流進背腔，再從金屬板前緣流出，這種流進、流出產(chǎn)生的脫落渦或渦環(huán)，會與流場中的各種壓力擾動(失速先兆波、聲波)發(fā)生相互作用，即波渦相互作用，來對消這些擾動(整流板的作用是在這種流動過程中，更好的組織流動，保證回流系統(tǒng)的高效進行)。即，本發(fā)明的壓氣機壁面處理裝置創(chuàng)造的再流通過程能夠提供一個非定常邊界來影響與失速先兆相關(guān)的低頻擾動的產(chǎn)生和發(fā)展(需要指出的是，不管失速先兆波是何種類型，經(jīng)過波渦的相互作用，都可以使失速先兆波得到有效抑制，并最終拓寬壓氣機的穩(wěn)定裕度)。本發(fā)明的壓氣機壁面處理裝置內(nèi)通過一定方式(優(yōu)選多層堆疊，多層泡沫金屬板層的孔隙率沿徑向逐層減少，每層的孔隙率要控制在3％-20％之間，例如三層時，優(yōu)選第一層為15％，第二層10％，第三層5％，每層的厚度取法按照實際情況合理分配，例如每層的厚度取法為該層孔隙率與該層厚度的乘積等于某一定值，即每層的孔隙率和厚度成反比；進一步優(yōu)選地，各層之間鋪設(shè)一層金屬絲網(wǎng)作為分隔)堆疊的泡沫金屬板層，其結(jié)構(gòu)特征是其內(nèi)部具有大量相互連通的孔隙，當(dāng)噪聲聲波(不同于失速先兆波，頻帶較寬)入射到金屬板內(nèi)部層時，與形成孔壁的固體空筋或孔壁摩擦，其能量被逐漸耗散掉。

本發(fā)明的壁面處理裝置，一是改變了壓氣機系統(tǒng)的邊界條件，入射到機匣壁面的失速先兆波的能量由于波渦相互作用機制被耗散掉，進而抑制了它的非線性放大所導(dǎo)致的失穩(wěn)。二是由于多孔復(fù)合材料金屬板的科學(xué)處理和使用，使壓氣機內(nèi)部產(chǎn)生的各種噪聲波被吸收消除。三是通過設(shè)置整流板，整流板置于轉(zhuǎn)子前緣上方，對出入背腔的氣流流道進行規(guī)整引導(dǎo)，更好地實現(xiàn)多孔復(fù)合材料金屬板內(nèi)氣流的宏觀有序流動，減少不必要的損失。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明的處理裝置兼具擴穩(wěn)和降噪的雙重效果，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有更好的擴穩(wěn)效果，并且具有現(xiàn)有技術(shù)所不具備的降噪效果。本發(fā)明中，可將多孔復(fù)合材料金屬板直接作為壓氣機的壁面的一部分，多孔復(fù)合材料金屬板的內(nèi)部具有大量相互連通的孔隙，既可以保證氣流自由通過，也能使消耗掉入射到金屬板內(nèi)部的噪聲聲波。本發(fā)明的處理裝置使用時并不直接干擾壓氣機主流流場結(jié)構(gòu)，因而不會造成壓氣機系統(tǒng)的壓比下降和效率損失，這可以避免很多的設(shè)計流程。本發(fā)明的處理裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，能夠滿足工程上對機匣尺寸的限制要求，具有較好的工程實際應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1本發(fā)明的具體實施方式的具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明的具體實施方式的具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置的原理示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1-環(huán)形機匣，2-環(huán)形整流板，3-環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板，4-轉(zhuǎn)子，5-脫落渦，6-循環(huán)流，7低頻擾動波，8-靜子；

a-環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的軸向長度，b一金屬板與轉(zhuǎn)子在軸向的重合度，c-背腔空腔的徑向深度，d-環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板的徑向厚度，“c+d”-環(huán)形背腔的徑向深度。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1-2對本發(fā)明的具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置做詳細(xì)說明。

如圖1所示，具有擴穩(wěn)和消聲功能的壓氣機壁面處理裝置包括環(huán)形機匣1、環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板3和環(huán)形整流板2；環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板3由多層多孔復(fù)合材料金屬板層堆疊而成；環(huán)形機匣1具有環(huán)形背腔，環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板3置于環(huán)形背腔中；環(huán)形整流板2埋設(shè)于環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板3中。本實施方式中，環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板3選為環(huán)形泡沫金屬板。環(huán)形整流板2沿環(huán)形泡沫金屬板3的厚度方向延伸配置，環(huán)形整流板2在環(huán)形泡沫金屬板3的厚度方向的尺寸等于環(huán)形泡沫金屬板3的厚度。環(huán)形泡沫金屬板3作為壓氣機壁面的一部分。環(huán)形整流板2設(shè)置在環(huán)形泡沫金屬板3的軸向方向的2/3處。環(huán)形泡沫金屬板3由3層金屬板層堆疊而成，沿泡沫金屬板3的徑向方向，第一層的孔隙率為15％，第二層的孔隙率為10％，第三層的孔隙率為5％，第一層的厚度為10cm，第二層的厚度為10cm，第三層的厚度為10cm。環(huán)形多孔復(fù)合材料金屬板3的徑向厚度為環(huán)形背腔的徑向深度的3/4。

顯然，上述實施方式僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。