葉尖射流對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、風(fēng)扇/壓氣機(jī)內(nèi)部氣流流動(dòng)的強(qiáng)增壓過(guò)程決定了其具有氣動(dòng)失穩(wěn)的特性,而作為發(fā)動(dòng)機(jī)中的增壓部件,其穩(wěn)定性決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。為了滿足當(dāng)代飛機(jī)非常規(guī)機(jī)動(dòng)、超聲速巡航等指標(biāo),就需要增加發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和降低其燃油率,這就要求風(fēng)扇/壓氣機(jī)朝著更高的壓比和更高的級(jí)負(fù)荷方向發(fā)展。但這使要想保證其氣動(dòng)穩(wěn)定性將顯得更加困難。因此,發(fā)展提高風(fēng)扇/壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度的方法顯得十分迫切,在這些方法中,噴射氣流以其較強(qiáng)的擴(kuò)穩(wěn)能力、在需要時(shí)才施加到流場(chǎng)等特點(diǎn)越來(lái)越受到研

2、究者的青睞。如果要想使該方法得到有效地實(shí)施,就必須對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)以及動(dòng)態(tài)失速過(guò)程有著深入的了解。
　　為了探索軸流壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)失穩(wěn)機(jī)理,為葉尖射流對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)研究做好準(zhǔn)備,為噴射系統(tǒng)的整體布局提供必要的依據(jù),本文以一臺(tái)雙級(jí)低速軸流壓氣機(jī)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,從壓氣機(jī)整體特性和級(jí)特性出現(xiàn)拐頭現(xiàn)象出發(fā),分析了第1級(jí)靜子和第2級(jí)靜子出口和通道內(nèi)流場(chǎng)的流動(dòng)現(xiàn)象和第1級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流的變化發(fā)展,發(fā)現(xiàn)壓氣機(jī)失速與靜子葉片吸力面附面層分離

3、有著密切關(guān)系;并著重分析了該壓氣機(jī)的動(dòng)態(tài)失速過(guò)程,發(fā)現(xiàn)它是由模態(tài)波擾動(dòng)引起的失速,并且該擾動(dòng)信號(hào)和隨后出現(xiàn)的失速團(tuán)都首先出現(xiàn)在第1級(jí)壓氣機(jī)的葉尖處。綜合以上因素,噴射系統(tǒng)應(yīng)該布置在該壓氣機(jī)進(jìn)口上游的外機(jī)匣上。
　　為了研究定常葉尖微射流對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性的影響及其擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理,本文加工了滿足不同射流要求的噴嘴,搭建了一套定常噴射系統(tǒng),在該雙級(jí)低速壓氣機(jī)上驗(yàn)證了均勻進(jìn)氣條件下定常葉尖射流的有效性,為實(shí)際應(yīng)用中噴射系統(tǒng)的布置以及射流參數(shù)設(shè)計(jì)提

4、供指導(dǎo)性建議;在參數(shù)化研究結(jié)果的指導(dǎo)下,探索了葉尖射流提高壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度的機(jī)理,發(fā)現(xiàn)葉尖射流擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度是因?yàn)槿~尖射流從頻率、幅值和軸向結(jié)構(gòu)三個(gè)方面抑制了模態(tài)波向失速團(tuán)的發(fā)展,并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出了在葉尖射流作用下模態(tài)波沿壓氣機(jī)周向發(fā)展的物理模型,該模型能合理地解釋葉尖射流擴(kuò)穩(wěn)的原因;另外,還分析了葉尖射流對(duì)第1級(jí)轉(zhuǎn)子的葉尖流場(chǎng)、葉尖負(fù)荷以及葉尖處模態(tài)波軸向結(jié)構(gòu)的影響,進(jìn)一步揭示了葉尖射流提高壓氣機(jī)穩(wěn)定性的原因。
　　為了增

5、強(qiáng)壓氣機(jī)的抗畸變能力,使它在進(jìn)口流場(chǎng)較惡劣的情況下也能正常工作,開展進(jìn)氣畸變條件下葉尖射流能否提高壓氣機(jī)穩(wěn)定性的研究具有較高的實(shí)用價(jià)值。本文研究了周向總壓畸變和徑向總壓畸變對(duì)葉尖射流擴(kuò)穩(wěn)效果的影響,獲得了周向畸變條件下葉尖射流也能有效地提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度、周向畸變條件的擴(kuò)穩(wěn)原因與均勻進(jìn)氣條件下的擴(kuò)穩(wěn)原因一致以及與均勻進(jìn)氣結(jié)果相比周向總壓畸變減弱了射流擴(kuò)穩(wěn)效果的結(jié)論;本文還研究了兩種形式的徑向進(jìn)氣畸變,由于根部徑向畸變改變了失速起始的位