本发明属于航空动力系统压气机，涉及推进系统中风扇/压气机的设计，具体涉及一种可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，通过可调节叶片角度来适应从亚音速至超音速的不同来流条件，实现推进系统的连续宽速域运行，优化了推进系统的性能和效率。
背景技术：
1、在现代航空动力系统中，风扇/压气机作为推进系统的关键部件，广泛用于多种类型的航空发动机如组合发动机、atr发动机等推进系统以协助起动和加速，在各种飞行条件下为推进系统提供必要的空气动力支持。在飞行器的不同飞行阶段，风扇/压气机的效率直接影响到推进系统的性能和能效。
2、然而，目前大多数风扇/压气机只能接受轴向亚音速来流，因此为了使来流达到这一速度范围，通常需要配备冗长的进气道将来流降至亚音速，而进气道的大尺度与低效率成为了制约发动机发展的重要因素。同时，当类似于组合发动机的推进系统进入高超声速飞行状态后，风扇将不再工作，进而带来推进系统的“死重”问题。
3、近年来，随着航空技术的不断发展，风扇的单级增压能力不断提升，级数不断减少，这也成为了降低风扇结构质量的研究方向之一。但是随着主动/被动控制技术的开发，传统风扇的潜能也将被挖掘至极限，风扇压比带来的减重收益也将趋于一个阙值。为了克服这些限制，现有技术中提出了超音通流风扇(如图1所示，图中，1为超音速进气道，2为单级风扇，3为核心机)，这种风扇可以直接接受轴向超音速来流，进而舍弃了较长的进气道，带来推进系统结构质量的减轻，其进口来流马赫数高达2马赫数以上，具有极强的做功能力。然而，与传统的涡扇发动机一样，配备这种风扇结构的涡轮发动机，其进口马赫数依然被限制在3.5马赫数以下。
4、为了实现更高的飞行速域，在超音通流风扇技术的基础上，现有技术提出了可调串列叶片的概念(如图2所示，(a)～(c)图分别对应跨音速模态、超音通流模态、高速风车模态)，以实现先进推进系统宽速域的连续运行。这种设计旨在通过调节叶片的角度和位置来适应不同的来流条件，从而提高风扇的适应性和效率。然而，现有可调串列叶片方案仍然存在显著的局限性。特别是，由于其后叶不可调，使得在跨音速工况工作时，后叶处于极大正攻角的工作状态，造成流动在后叶吸力面前缘即发生分离，导致流动堵塞，产生极高的损失，难以实现可靠运行，从而降低了该方案的可行性。
5、综上所述，现有技术中提出的解决方案虽然在理论上具有前瞻性，但在实际应用中依然面临着转子后叶不可调造成的攻角不匹配问题，以及超音速风扇无法充分适应不同来流工况的问题。因此，为了解决传统涡轮发动机风扇可接受来流范围受限的问题，以及传统风扇大多只能接受轴向亚音速来流而需配备较长进气道的问题，同时解决可调串列叶片原始方案在跨音模态下，转子后叶不可调造成的攻角不匹配问题，有必要进一步探究发展适应不同来流工况的可调串列叶片结构方案，以实现推进系统在更宽速域的连续运行，满足未来航空动力系统的需求。
技术实现思路
1、(一)发明目的
2、针对现有推进系统中风扇/压气机在不同飞行速域下的适应性不足、需要较长进气道以适应轴向亚音速来流而导致在高超声速飞行状态时出现“死重”问题，尤其是现有可调串列风扇中的转静子后叶均不可调，造成多个工况下后叶气流角与几何角不匹配，从而导致流动分离和高损失的问题，为解决上述以及其他方面的至少一种技术问题，本发明提出了一种可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，通过设置可调前叶-可调后叶转子以及可调前叶-可变弯度后叶静子，其中的可调前叶可以适应不同转速下的来流，以实现进口处于最佳攻角，后叶可调与前叶进一步匹配，保证后叶也工作在最佳攻角附近，不会因攻角的不匹配造成后叶出现较大的流动分离。同时，可变弯度的设计也保证了静子出口接近轴向。本发明的可调串列风扇的布局，既可以均衡不同来流工况下的叶片几何要求，实现先进推进系统连续宽速域运行，也可以保证风扇在亚音、跨音以及超音通流模态下的增压能力，以及高速风车状态时与进气道相似的功能，使得风扇在全速域均能发挥作用，具有极高的应用潜力。
3、(二)技术方案
4、为实现该发明目的，解决其技术问题，本发明采用如下技术方案：
5、本发明的第1个发明目的在于提供一种可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，用于在多变来流工况下保证推进系统的有效运行，至少包括一设置在上游侧的串列转子和一设置在下游侧的串列静子，其中：
6、所述串列转子设置在风扇入口处，至少包括在子午流向上临近布置的一转子前叶和一转子后叶，每一转子前叶、每一转子后叶均设置为叶片安装角度可调的结构，通过调整所述转子前叶的叶片安装角以适应风扇入口的不同来流工况，通过调整所述转子后叶的叶片安装角以实现与转子前叶出口气流角的匹配；
7、所述串列静子设置在串列转子的下游侧，至少包括在子午流向上临近布置的一静子前叶和一静子后叶，每一静子前叶均设置为叶片安装角度可调结构，每一静子后叶均设置为可变弯度结构，通过调整所述静子前叶的叶片安装角以实现与串列转子出口气流角的匹配，通过调整所述静子后叶的弯度以实现与静子前叶出口气流角的匹配，并确保风扇出口的气流角度保持在轴向附近。
8、优选地，所述串列转子中还设置有相互独立的转子前叶叶片安装角度调节机构及转子后叶叶片安装角度调节机构，所述转子前叶通过其调节机构在预设范围内改变叶片安装角以适应风扇入口的不同来流工况，所述转子后叶通过其调节机构在预设范围内改变叶片安装角以实现与转子前叶出口气流角的匹配。
9、进一步地，所述串列静子中还设置有静子前叶叶片安装角度调节机构以及静子后叶弯度调节机构，所述静子前叶通过其调节机构在预设范围内改变叶片安装角以实现与串列转子出口气流角的匹配，所述静子后叶通过其调节机构在预设范围内改变叶片弯度以实现与静子前叶出口气流角的匹配，并确保风扇出口的气流角度保持在轴向附近。
10、优选地，风扇工作马赫数在3.5以上的高速风车模态为设计点对应模态，所述串列转子及串列静子中各叶片的叶型设计将综合考虑各模态下的性能需求。
11、进一步地，所述串列转子中，各转子前叶采用跨音速小弯角叶型，以降低激波损失并适应跨音速工况，各转子后叶采用大弯角叶型，以保证在超音通流模态下的风扇加功能力。
12、进一步地，所述串列静子中，各静子前叶、静子后叶均采用小弯角叶型，弯角比根据高速风车模态下的流道要求任意分配，以保证串列静子中的各叶片在高速风车模态下的流道可形成近似平直而降低该模态下的气动损失。
13、进一步地，在跨音速模态下，风扇工作马赫数在0.8至1.6范围内，此时串列转子及串列静子通过调节机构大幅调整各叶片，使得转子前叶在调整其各叶片的安装角后，转子进口相对气流角较大，转子前叶利用其跨音速叶型在保持气流速度降至亚音速的同时最大限度减少气动损失，转子后叶及静子前叶在调整其各叶片的安装角后，使得降速后的亚音速来流通过转子后叶后完成气流的进一步减速扩压，静子前叶保证气流可再次降至亚音速状态，静子后叶的弯度调整为确保气流在静子后叶转至轴向以维持有效的扩压和整流过程。
14、进一步地，超音通流模态下，风扇工作马赫数在1.5至3.5范围内，此时串列转子及串列静子通过调节机构小幅调整各叶片，转子后叶基于其大弯角叶型以适应高马赫数来流对大气流转角的需求并确保超音通流模态下的风扇加功能力，静子后叶的弯度调整为确保气流在静子后叶转至轴向并在转折至轴向过程中进一步降低气动损失。
15、进一步地，高速风车模态下，风扇工作马赫数在3.5以上，此时串列转子及串列静子通过调节机构小幅调整各叶片，使得串列转子、串列静子形成为流道近似平直的直流道而发挥类似进气道的作用，气体进入串列转子叶片通道时转子对气体几乎不做功或小幅做功，气体进入串列静子叶片通道时不发生减速扩压且具有较低的气动损失。
16、本方明的第2个发明目的在于提供一种推进系统，其特征在于，所述推进系统中设置有上述第1个发明目的提供的可调串列风扇结构。
17、(三)技术效果
18、同现有技术相比，本发明提出的可实现先进推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇，具有以下有益且显著的技术效果：
19、(1)本发明的可调串列风扇结构使得风扇能够直接适应宽速域的来流条件。本发明的风扇转子采用可调前叶-可调后叶的布局方式，风扇静子叶片采用可调前叶-可变弯度后叶的布局方式。本发明的可调前叶和可调后叶设计允许在飞行器从亚音速到超音速各个阶段动态调整叶片角度，以适应不同的来流条件，实现在整个飞行速域内的最优气动性能。这种结构可以使风扇直接接受宽速域来流，省去了长进气道的需求，从而显著缩短进气道长度，降低了结构复杂性，带来发动机结构质量的降低。
20、(2)本发明的可调串列风扇可以在发动机全速域下运行，解决了风扇的“死重”问题。在传统的推进系统中，风扇在高超声速飞行条件下常常无法发挥作用，成为系统中的无效重量。而本发明的可调串列风扇结构通过可调叶片在各个速度阶段包括在高超声速巡航状态下均可有效工作，避免了在任何飞行状态下的无效载荷，这对于提升推进效率和减少能耗具有重要意义。
21、(3)本发明显著提高了推进系统在不同飞行状态下的适应性和效率。现有先进推进系统虽然可实现高马赫数的巡航飞行，但其低速的起动加速过程是一大技术难题。本发明采用的可调串列风扇可直接接受宽速域来流，满足不同来流条件对风扇的性能要求，保证了推进系统风扇在从地面到高超声速的全速域下的高效率与宽裕度。
22、(4)本发明的可调串列风扇结构，通过精确控制转子和静子叶片的角度和弯度，优化了不同飞行速度下的气动性能。在亚音速、跨音速、超音速乃至高超声速飞行状态下，通过叶片的可调设计，实现了气流的有效控制和压缩，提高了推进效率，减少了能量损失。
1.一种可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，用于在多变来流工况下保证推进系统的有效运行，至少包括一设置在上游侧的串列转子和一设置在下游侧的串列静子，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，其特征在于，所述串列转子中还设置有相互独立的转子前叶叶片安装角度调节机构及转子后叶叶片安装角度调节机构，所述转子前叶通过其调节机构在预设范围内改变叶片安装角以适应风扇入口的不同来流工况，所述转子后叶通过其调节机构在预设范围内改变叶片安装角以实现与转子前叶出口气流角的匹配。
3.根据权利要求2所述的可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，其特征在于，所述串列静子中还设置有静子前叶叶片安装角度调节机构以及静子后叶弯度调节机构，所述静子前叶通过其调节机构在预设范围内改变叶片安装角以实现与串列转子出口气流角的匹配，所述静子后叶通过其调节机构在预设范围内改变叶片弯度以实现与静子前叶出口气流角的匹配，并确保风扇出口的气流角度保持在轴向附近。
4.根据权利要求3所述的可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，其特征在于，风扇工作马赫数在3.5以上的高速风车模态为设计点对应模态，所述串列转子及串列静子中各叶片的叶型设计将综合考虑各模态下的性能需求。
5.根据权利要求4所述的可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，其特征在于，所述串列转子中，各转子前叶采用跨音速小弯角叶型，以降低激波损失并适应跨音速工况，各转子后叶采用大弯角叶型，以保证在超音通流模态下的风扇加功能力。
6.根据权利要求5所述的可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，其特征在于，所述串列静子中，各静子前叶、静子后叶均采用小弯角叶型，弯角比根据高速风车模态下的流道要求任意分配，以保证串列静子各叶片在高速风车模态下的流道形成近似平直而降低该模态下的气动损失。
7.根据权利要求6所述的可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，其特征在于，在跨音速模态下，风扇工作马赫数在0.8至1.6范围内，此时串列转子及串列静子通过调节机构大幅调整各叶片，使得转子前叶在调整其各叶片的安装角后，转子进口相对气流角较大，转子前叶通过前缘激波及通道内的正激波将来流降至亚音，利用跨音速叶型可以在保持气流速度降至亚音速的同时最大限度减少气动损失，转子后叶及静子前叶在调整其各叶片的安装角后，使得降速后的亚音速来流通过转子后叶后完成气流的进一步减速扩压，静子前叶保证气流可再次降至亚音速状态，静子后叶的弯度调整为确保气流在静子后叶转至轴向以维持有效的扩压和整流过程。
8.根据权利要求6所述的可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，其特征在于，超音通流模态下，风扇工作马赫数在1.5至3.5范围内，此时串列转子及串列静子通过调节机构小幅调整各叶片，转子后叶基于其大弯角叶型以适应高马赫数来流对大气流转角的需求并确保超音通流模态下的风扇加功能力，静子后叶的弯度调整为确保气流在静子后叶转至轴向并在转折至轴向过程中进一步降低气动损失。
9.根据权利要求6所述的可实现推进系统连续宽速域运行的可调串列风扇结构，其特征在于，高速风车模态下，风扇工作马赫数在3.5以上，此时串列转子及串列静子通过调节机构小幅调整各叶片，使得串列转子、串列静子形成为流道近似平直的直流道而发挥类似进气道的作用，气体进入串列转子叶片通道时转子对气体几乎不做功或小幅做功，气体进入串列静子叶片通道时不发生减速扩压且具有较低的气动损失。
10.一种推进系统，其特征在于，所述推进系统中设置有上述权利要求1～9任一项所述的可调串列风扇结构。
