轴向间距对压气机稳定性的影响

对低速轴流压气机五个轴向间距下的压气机特性进行了试验.通过试验分析了轴向间距对压气机失速点流量,以及对压气机工作于多团旋转失速流量范围的影响,论证了静子在轴流压气机中具有抑制扰动波发展以及增强气动稳定性的作用.实验结果表明,随着转静子之间轴向间距的减小,静子的增稳作用增强,压气机的失速流量减小.     

叶片稠度对压气机最大有效静压升影响的数值模拟

为研究叶片稠度对压气机最大有效静压升的影响,针对某单级低速压气机,通过改变转静子叶片数,构建了不同叶片稠度的压气机模型,采用三维数值模拟的方法,获得了不同稠度情况下的压气机特性。计算结果表明,静子叶片数的增加能够抑制附面层分离,拓宽压气机稳定工作范围,压气机近失速点的压比增大,压气机的最大压升能力增强,其最大有效静压升增大;转子叶片数的增加能够抑制气流分离,减小流动损失,从而使得近失速工况下压气机效率和压比增大,压气机近失速点压升能力增强,其最大有效静压升增大。通过对叶片数不同时各压气机的最大有效静压升系数与Koch最大有效静压升预测曲线的对比,从数值模拟的角度验证了以最大有效静压升作为压气机稳定性判据的有效性。     

基于探针管路动态修正的压气机动态总压测试

为方便安全地获取压气机内部多点动态总压信号，采用气动探针将测点压力引出，并通过动态修正还原测点处的压力信号。利用爆破气球装置产生的向下阶跃输入信号和探针响应输出信号，辨识得到探针管路的离散传递函数模型，以此来修正测量信号，获得测点真实压力。所用标定方法能够实现1000Hz以内信号的动态修正，探针信号经过修正后能够消除相位延迟，且管路谐振效应对信号的放大作用显著减小。压气机动态总压测试结果表明:随着进气流量的减小，转子进口叶片通过频率信号幅值逐渐增大，静子出口宽频扰动增强，在近失速点宽频扰动最大；压气机突尖型旋转失速先兆首先出现在转子叶片前缘叶顶附近，而后向叶根方向迅速扩展，并形成全叶高范围的旋转失速团，完全发展的失速团传播速度约为30%转子转速。     

轴流压气机过失速行为的数值模拟

基于轴流压气机级特性，建立了带燃烧室的多级轴流压气机过失速的一维逐级分析模型，发展了分析轴流压气机过失速响应的动态滞后方法，确定了压气机过失速响应的纺一时间常数。并将该模拟技术应用到某压气机中，通过调节敛喷嘴面积和燃烧室燃油流量等措施来诱导压气机失速。压气机旋转失速后，压气机流量下降，增压能力降低，燃烧室温度升高，可以通过调节燃油流量等措施来使压缩系统恢复正常工作。     

扩压器叶片可调对离心压气机正转逆流性能的影响

离心压气机正转逆流是综合动力装置在应急动力模式下避免离心压气机温度过高而不得不采取的措施。为了改善正转逆流时离心压气机的功耗,本文提出了角度大幅可调的扩压器叶片组合,并结合三维数值模拟技术,研究了扩压器叶片安装角大幅调节对离心压气机反向流动的影响。分析表明:扩压器叶片安装角调整对扩压器叶片通道和工作叶轮流动通道的影响很大,调整后流动分离区减少、减弱甚至消除了激波,流动更为顺畅;在气源压力和缝隙面积一定时,流量明显增加,但离心压气机的功耗反而变小。同样的反向气流流量下,调整扩压器叶片安装角能显著降低离心压气机的功耗,从而提高综合动力装置的功率输出。     

空气系统引气对压气机性能影响的数值研究

空气系统从高压压气机中引出的气流已达到主流流量的3%～5%,然而空气系统引气对压气机性能的影响研究较少.本文以低速单级压气机为研究对象,根据引气对压气机性能的影响机理设计了6种引气结构,并针对其中1种引气结构进行了5种不同引气量的研究.通过数值模拟,讨论了不同引气结构和引气量对压气机性能的影响.结果表明:对于角区大分离的静子,端壁引气可以较小的引气量获得压气机总压升和稳定工作裕度的全面提升.而且端壁的引气量并不是越大越好,存在最佳值.     

多级轴流压气机的可压缩失速模型

发展了一个用于分析多级轴流压气机动态失速特性的多“激盘”可压缩模型。该模型采用二维非定常的可压缩Ｅｕｌｅｒ方程描述压气机上、下游管道以及各叶排之间轴向间隙内的流动，而采用“激盘”分别取代压气机的各个叶片排。利用该模型重点分析了多级轴流压气机中二维小尺度旋转失速的起始特性以及动－静叶之间的相互影响。所得结果表明，该模型可有效地用于此类问题的分析。同时还对一台五级高速轴流压气机的失速特性进行了详细分析，有关计算和实验结果的比较表明，该模型及其计算结果是可靠的     

上游转子对下游静子叶片气动力的影响

为研究轴流压气机下游静子叶片非定常气动力的大小和频率的变化规律，采用在静子叶片表面埋设微型动态压力传感器的方法，在低速单级轴流压气机实验器上进行了静子叶片表面压力的测量。测量了不同轴向间距、不同转速下从近堵塞到近失速的宽广流量范围，并对所测得的静子叶片非定常气动力进行了离散傅立叶变换，以分析其频谱特性。实验结果表明：在转子尾迹的影响下，静子叶片表面的波动频率是转子的尾迹频率及其倍频。转子尾迹频率的高频分量对静子叶片吸力面前缘的影响比对其他位置的影响大。叶片表面的非定常压力和气动力随压气机流量、转速和轴向间距的变化而变化。     

优化方法在轴流压气机转子叶片气动设计中的应用

尝试将数值最优化方法应用于压气机叶片气动设计。针对一台高压比、小流量轴流压气机转子,采用任意回转面叶型优化设计和三维叶片优化设计,实现了达到给定压比、流量前提下较高效率和较大稳定工作范围。研究结果表明:转子叶片通道内流动可采用S1/S2两类流面近似,采用S1/S2两类流面设计方法可得到气动性能较好的转子;以叶型积叠线、安装角及子午面流道作为设计变量,采用三维叶片优化方法可进一步提高转子气动性能。     

基于压力信号分析的轴流式压气机失速预测

为了得到压气机工作状态的稳定观测点,并建立压气机近喘失速工作状态与压气机压力信号的相关关系,本文针对低速双级轴流式压气机,分别进行了均匀进气及畸变进气条件下不同转速的近喘失速试验,实时动态测量标定压气机由正常工作到失速工况下压力信号,并在时域内提出了一种基于自相关系数的压气机失速预测算法,对进口、出口以及压气机首级转子叶尖位置压力信号预测分析。结果表明所提出的预测算法具有良好的失速预测能力,且发现叶尖处离叶片前缘20%的位置,最适宜作为压气机失速预测的观测点,此时压气机叶尖压力自相关性数据与压气机喘振裕度具有明显的单调相关性。     

带处理机匣的跨声速风扇非定常数值模拟

对带背腔的斜缝式处理机匣的三级跨声速风扇第一级转子进行了非定常的全三维时间精确的数值模拟计算,研究了机匣处理前后转子稳定裕度和性能的变化。结果表明,这种带背腔的斜缝式机匣可以大幅度地提高转子的稳定工作裕度,同时也会造成效率的降低。通过与光壁机匣对比以及分析处理机匣与转子通道之间的非定常干涉现象,本文认为该处理机匣在跨声速条件下的扩稳机理是激波在处理机匣内沿轴向静压差形成一股吹向转子叶尖前缘的非定常气流,改变了前缘气流的攻角所致。比较机匣处理后定常计算与非定常计算的结果,说明了处理机匣对转子有非定常的作用。     

采用综合气弹分析方法的旋翼非定常气动载荷计算

提出一种桨叶结构、气动和惯性耦合的旋翼系统综合分析方法，将桨叶绕挥舞、摆振及变距铰的刚性转角作为广义坐标，计入了桨叶整体运动和自身中等弹性变形之间的动力学耦合效应，桨叶弹性变量通过有限元法进行离散，翼型剖面气动力采用Leishman—Beddoes二维非定常和动态失速模型，由自由尾迹模型得出桨盘的非均匀入流，依据柔性多体系统动力学方法推早出桨叶前飞状态下的非线性周期时变动力学方程。对Newmark隐式数值积分方法进行改进，用于求解旋翼桨叶的响应。以法国SA349／2小羚羊直升机的试飞测试数据为依据，验证了方法的有效性。     

轴流式前弯动叶的变工况气动性能实验研究

对前弯宽、窄动叶片和常规直叶片进行了变工况气动性能的实验研究。通过对实验结果的分析发现：相对于直叶片，前弯窄叶片不仅可以提高气动效率，而且扩大了风机的稳定工作范围，只是动叶动压头有所降低；前弯宽叶片的稳定工作范围则比窄叶片要宽，其气动效率和动叶压头也有大幅度的提高。这说明在提高效率、扩大稳定工作范围方面，动叶前弯和增加弦长同时起到积极的作用。还对三种动叶片的出口气动参数沿径向的分布规律进行了详细的测量，并对最高效率点和旋转失速前最小流量点的气动参数沿径向的分布规律进行了重点分析，从流体力学原理出发，解释说明了前弯动叶片提高效率，扩大稳定工作范围的原因。     

低速离心压缩机旋转失速的试验研究

对某低速离心压缩机无叶扩压器壁面静压波动和内部流场进行了详细的试验测量,重点研究了小流量工况下的不稳定流动和旋转失速.在试验中,首先使用高频动态压力传感器获得了不同流量工况下扩压器前盖板处的静压波动,并对测量结果进行了频谱分析,以确定旋转失速起始工况点和不同小流量工况下的失速频率.然后使用PIV测速设备详细测量了在失速条件下,无叶扩压器及叶轮流道内部的流场变化.试验丰富了对低速离心压缩机旋转失速流动现象的认识,为设计高性能的离心压缩机提供了丰富的实验数据.     

三维动态失速模型在风力机气动特性计算中的应用

为了适应风力机叶片的大展弦比、旋转和只有单侧叶尖涡的特点,对已建立的适用于小展弦比直机翼的三维动态失速模型进行了一系列的修正,然后用于风力机三维非定常气动特性计算。该动态失速模型所必须的气动输入参数将由动量叶素理论方法计算得到。本文将动量叶素理论、三维动态失速模型、三维旋转效应模型适当耦合起来,获得了风力机叶片的三维非定常气动特性计算方法。应用上述方法计算得到了不同工况下的风力机叶片各截面的非定常气动载荷结果,并与风洞实验结果以及用二维动态失速模型计算的结果进行比较,对计算方法和计算结果进行了详细的分析和讨论。本文模型相比于二维模型,能够更好地仿真风力机叶片的三维动态失速气动特性,尤其在叶片外部截面效果更佳。     

大切深数控电解铣削加工阴极设计及试验研究

难加工材料整体叶轮广泛应用于航空领域,采用传统切削加工存在刀具磨损快、加工效率低等问题。本文针对某型号复杂整体叶轮,提出大切深五轴数控电解铣削预加工方法。通过设计锥形螺旋刃阴极,分析不同旋转角下单、双螺旋刃出口流场分布,得到旋转角720°的单螺旋刃阴极出口压力和流速分布均匀。同时开展大切深数控电解铣削加工试验,结果表明:在选取的工艺参数范围内,加工平衡间隙和进给速度随着加工电压升高而增大;较低的电解液温度有利于实现小间隙加工,可显著提高加工精度;主轴转速达到1 500 r/min后对加工速度影响较小。得到大切深数控电解铣削整体叶轮加工叶片,一次最大切深可达65 mm,余量误差控制在0.5 mm范围之内,提高了整体叶轮加工效率。     

等离子体激励低速分离流动控制实验研究

通过风洞流动显示实验,研究了等离子体激励低速条件下对平板表面分离剪切层的控制特性.结果表明等离子体激励在失速迎角附近可以有效抑制平板上的流动分离,实现流动的完全再附.在大迎角下可以显著减小平板完全分离后分离区的宽度.对比五种不同电极的实验,发现对于给定的输入电压及频率,负极宽度越宽,电极内侧正向间距越宽,其流动控制效果越好.最后通过改变发烟钢丝的位置和来流状况,证明了等离子体对周围流场的吸附和加速作用,对等离子体激励控制流动分离的机理进行了分析.