CN116197115A - 一种砂尘分离单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种砂尘分离单元,包括上游管1、旁通流道2、下游管3、排砂通道4、控制器5、上安装边6、下安装边7，其中：上安装边6和下安装边7分别为砂尘分离单元的上边和下边；所述上游管1固定在上安装边6上，所述下游管3固定在下安装边7上，上游管1与下游管3同轴设置；所述上游管1为上窄下宽的喇叭状管状结构，上游管1内部沿着中心轴向方向设置涡旋叶片101和中空等直径的旁通流道2；旁通流道2为中空管状结构，所述旁通流道2内部沿着中心轴向方向有支杆201，所述支杆201的上端固连堵盖202，支杆201的下端固连下游管2的入口面；下游管3为中空等直径的管状结构；排砂通道4为布设在上游管1与下安装边7之间的环形间隙。
Description
技术领域
本发明涉及机电领域，具体涉及一种砂尘分离单元。
背景技术
直升机作为一种重要的空中平台，需要经常近地面悬停、起飞和着陆，受下洗流的影响，起降阶段环境中的砂尘、雨雪等异物很容易通过进气道进入发动机，对发动机的安全运行产生较大威胁。因此为保证直升机的飞行安全和性能，现有的直升机一般选配有防砂装置。
直升机进气防砂装置应用范围最广的为多管式的防砂装置，涡旋管作为多管式防砂装置的核心单元，砂尘粒子在涡旋管内通过离心力的作用沿管壁运动，最终通过涡旋管上游管和下游管之间的通道进入排砂腔并被排出机外，干净的空气则通过下游管进入发动机。
但受限于进气量和安装空间，目前所采用的涡旋管为圆柱式等截面形，如图1所示。对一架直升机而言，防砂面板上需要集成大量同规格且设计点相同的涡旋管(通常以千为单位)，在发动机的进气量较大时，需要的涡旋管数量则会更多，涡旋管沿航向占据的空间也会更大，使得大量涡旋管因背压不同无法满足最佳的设计点，最终导致涡旋管的压损增大，分离效率下降，这种情况在飞机大速度时尤为凸显。解决该问题一种可能的方式便是布设不同规格的涡旋管，但相应的流场设计以及加工成本均会过大，难以实现。同时，涡旋管内的砂尘也需要通过排砂通道排出机体，面对大量的涡旋管，为保证排砂效果，排砂通道的设计和加工难度也大大提高。
并且，防砂装置仅在直升机起降阶段启用，气流通过涡旋管时可将砂尘清除，但会产生一定的进气压损。而在飞行阶段，虽脱离了砂尘环境，但气流通过涡旋管仍会产生一定压损，造成不必要的进气压损和发动机功率损失，导致飞行性能下降。
发明内容
本发明提供了一种砂尘分离单元，解决了现有防砂装置中大量涡旋管因背压不一致导致性能下降的情况，同时解决了在起降和飞行阶段的“需求矛盾”，在防砂装置领域具有较大的应用潜力。
技术方案：本发明提供了一种砂尘分离单元包括上游管1、旁通流道2、下游管3、排砂通道4、控制器5、上安装边6、下安装边7，其中：
上安装边6和下安装边7分别为砂尘分离单元的上边和下边；所述上游管1固定在上安装边6上，所述下游管3固定在下安装边7上，上游管1与下游管3同轴设置；所述上游管1为上窄下宽的喇叭状管状结构，上游管1内部沿着中心轴向方向设置涡旋叶片101和中空等直径的旁通流道2；旁通流道2为中空管状结构，所述旁通流道2内部沿着中心轴向方向有支杆201，所述支杆201的上端固连堵盖202，支杆201的下端固连下游管2的入口面；下游管3为中空等直径的管状结构；排砂通道4为布设在上游管1与下安装边7之间的环形间隙，用于含砂空气的流通；控制器5设置在下安装边7外侧，控制器5与机载电源连接，用于控制下安装边的位置变化。
优选的，所述旁通流道2的入口截面积与涡旋流道102的入口截面积之比为1:1。
优选的，所述旁通流道2的入口截面积与下游管3的出口截面积之比为1:1。
优选的，所述涡旋流道102的扩张角度范围为10°-20°，以保证砂尘分离区域尽量偏离下游管。
优选的，所述上游管1的出口截面与下游管3的入口截面之间的间距，不超过下游管3的半径距离。
优选的，在起降阶段，所述堵盖202通过拉紧力对旁通流道2进行气密封，旁通流道2关闭，空气中的砂尘在涡旋流道102中高速旋转，在离心力的作用下以贴近涡旋流道外壁的位置流向排砂通道4。
优选的，在飞行阶段，通过控制器5带动下安装边7移动，使得下安装边7带动下游管3与上游管的旁通流道2底面进行压封；下游管3通过支杆201推动堵盖202向外移动，使旁通流道2开启，大部分空气从旁通流道2进入。
优选的，堵盖202的形状与旁通流道2的入口形状相匹配。
综上所述，本发明提供了一种砂尘分离单元，在现有防砂装置的基础上，设计了入口截面积较大，并具有一定倾斜角度的砂尘分离单元，一架机仅需按照进气量布设四至五个砂尘分离单元，大大降低了排砂通道的设计难度。砂尘分离单元包含涡旋流道和旁通流道，在起降阶段，旁通流道关闭，空气中的砂尘通过涡旋流道分离，涡旋流道的下游砂尘分离区域偏离清洁空气的进气口以提高分离效率，同时因砂尘分离单元较少，容易实现背压的一致性，保证了各单元的分离效果。在飞行阶段，旁通流道开启，涡旋流道关闭，空气直接通过旁通流道进入发动机，降低了进气压损，提高了飞行性能。
附图说明
图1为现有技术中的防砂装置中的涡旋管；
图2为本发明提供了一种砂尘分离单元在起降阶段的工作原理示意图；
图3为本发明提供了一种砂尘分离单元在飞行阶段的工作原理示意图；
其中：1-上游管、101-涡旋叶片、102-涡旋流道、2-旁通流道、201-支杆、202-堵盖、3-下游管、4-排砂通道、5-控制器、6-上安装边、7-下安装边。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供了一种砂尘分离单元包括上游管1、旁通流道2、下游管3、排砂通道4、控制器5、上安装边6、下安装边7，其中：
上安装边6和下安装边7分别为砂尘分离单元的上边和下边；所述上游管1固定在上安装边6上，所述下游管3固定在下安装边7上，上游管1与下游管3同轴设置；所述上游管1为上窄下宽的喇叭状管状结构，上游管1内部沿着中心轴向方向设置涡旋叶片101和中空等直径的旁通流道2；旁通流道2为中空管状结构，所述旁通流道2内部沿着中心轴向方向有支杆201，所述支杆201的上端固连堵盖202，支杆201的下端固连下游管2的入口面；下游管3为中空等直径的管状结构；排砂通道4为布设在上游管1与下安装边7之间的环形间隙，用于含砂空气的流通；控制器5设置在下安装边7外侧，控制器5与机载电源连接，用于控制下安装边的位置变化。
优选的，所述旁通流道2的入口截面积与涡旋流道102的入口截面积之比为1:1。
优选的，所述旁通流道2的入口截面积与下游管3的出口截面积之比为1:1。
优选的，所述涡旋流道102的扩张角度范围为10°-20°，以保证砂尘分离区域尽量偏离下游管。
优选的，所述上游管1的出口截面与下游管3的入口截面之间的间距，不超过下游管3的半径距离。
优选的，在起降阶段，所述堵盖202通过拉紧力对旁通流道2进行气密封，旁通流道2关闭，空气中的砂尘在涡旋流道102中高速旋转，在离心力的作用下以贴近涡旋流道外壁的位置流向排砂通道4。
优选的，在飞行阶段，通过控制器5带动下安装边7移动，使得下安装边7带动下游管3与上游管的旁通流道2底面进行压封；下游管3通过支杆201推动堵盖202向外移动，使旁通流道2开启，大部分空气从旁通流道2进入。
优选的，堵盖202的形状与旁通流道2的入口形状相匹配。
图2示出了砂尘分离单元在起降阶段的工作原理示意图。在起降阶段，堵盖202通过拉紧力对旁通流道2进行密封，旁通流道关闭，空气中的砂尘在涡旋流道102中高速旋转，在离心力的作用下以贴近涡旋流道外壁的位置流向排砂通道4。下游管因距离外壁较远，砂尘不易于从下游管中流出，整体的分离效率较高。同时，因砂尘分离单元较少，不但在整机上容易实现砂尘分离单元背压的一致性，也降低了排砂通道的设计难度。
图3示出了在飞行阶段的工作原理示意图，在飞行阶段，通过控制器5带动下安装边7移动，使得下安装边带动下游管3与上游管的旁通流道2底面进行压封。下游管3通过支杆201推动堵盖202向外移动，使旁通流道开启，涡旋流道关闭。此时空气直接通过旁通流道进入发动机，降低了进气压损，提高了飞行性能。
综上所述，本发明提供了一种砂尘分离单元，在现有防砂装置的基础上，设计了入口截面积较大，并具有一定倾斜角度的砂尘分离单元，一架机仅需按照进气量布设四至五个砂尘分离单元，大大降低了排砂通道的设计难度。砂尘分离单元包含涡旋流道和旁通流道，在起降阶段，旁通流道关闭，空气中的砂尘通过涡旋流道分离，涡旋流道的下游砂尘分离区域偏离清洁空气的进气口以提高分离效率，同时因砂尘分离单元较少，容易实现背压的一致性，保证了各单元的分离效果。在飞行阶段，旁通流道开启，涡旋流道关闭，空气直接通过旁通流道进入发动机，降低了进气压损，提高了飞行性能。本发明解决了现有防砂装置中大量涡旋管因背压不一致导致性能下降的情况，同时解决了在起降和飞行阶段的“需求矛盾”，在防砂装置领域具有较大的应用潜力。
Claims (8)
1.一种砂尘分离单元，其特征在于，包括上游管(1)、旁通流道(2)、下游管(3)、排砂通道(4)、控制器(5)、上安装边(6)、下安装边(7)，其中：
上安装边(6)和下安装边(7)分别为砂尘分离单元的上边和下边；所述上游管(1)固定在上安装边(6)上，所述下游管(3)固定在下安装边(7)上，上游管(1)与下游管(3)同轴设置；所述上游管(1)为上窄下宽的喇叭状管状结构，上游管(1)内部沿着中心轴向方向设置涡旋叶片(101)和中空等直径的旁通流道(2)；旁通流道(2)为中空管状结构，所述旁通流道(2)内部沿着中心轴向方向有支杆(201)，所述支杆(201)的上端固连堵盖(202)，支杆(201)的下端固连下游管(3)的入口面；下游管(3)为中空等直径的管状结构；排砂通道(4)为布设在上游管(1)与下安装边(7)之间的环形间隙，用于含砂空气的流通；控制器(5)设置在下安装边(7)外侧，控制器(5)与机载电源连接，用于控制下安装边的位置变化。
2.根据权利要求1所述的砂尘分离单元，其特征在于，所述旁通流道(2)的入口截面积与涡旋流道(102)的入口截面积之比为1:1。
3.根据权利要求1所述的砂尘分离单元，其特征在于，所述旁通流道(2)的入口截面积与下游管(3)的出口截面积之比为1:1。
4.根据权利要求1所述的砂尘分离单元，其特征在于，所述涡旋流道(102)的扩张角度范围为10°-20°，以保证砂尘分离区域尽量偏离下游管。
5.根据权利要求1所述的砂尘分离单元，其特征在于，所述上游管(1)的出口截面与下游管(3)的入口截面之间的间距，不超过下游管(3)的半径距离。
6.根据权利要求1所述的砂尘分离单元，其特征在于，在起降阶段，所述堵盖(202)通过拉紧力对旁通流道(2)进行气密封，旁通流道(2)关闭，空气中的砂尘在涡旋流道(102)中高速旋转，在离心力的作用下以贴近涡旋流道外壁的位置流向排砂通道(4)。
7.根据权利要求1所述的砂尘分离单元，其特征在于，在飞行阶段，通过控制器(5)带动下安装边(7)移动，使得下安装边(7)带动下游管(3)与上游管的旁通流道(2)底面进行压封；下游管(3)通过支杆(201)推动堵盖(202)向外移动，使旁通流道(2)开启，大部分空气从旁通流道(2)进入。
8.根据权利要求1所述的砂尘分离单元，其特征在于，堵盖(202)的形状与旁通流道(2)的入口形状相匹配。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211441275.XA CN116197115A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种砂尘分离单元 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202211441275.XA CN116197115A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种砂尘分离单元 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN116197115A true CN116197115A (zh) | 2023-06-02 |
Family
ID=86506618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211441275.XA Pending CN116197115A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种砂尘分离单元 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116197115A (zh) |
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2022
- 2022-11-17 CN CN202211441275.XA patent/CN116197115A/zh active Pending
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