【摘要】：動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)尤其是葉頂泄漏流與壓氣機(jī)穩(wěn)定性有著十分緊密的聯(lián)系,對動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)的干預(yù)和調(diào)控也成為軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定性調(diào)控技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。圍繞動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的流動(dòng)失穩(wěn)機(jī)理及擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理研究是近年來氣動(dòng)熱力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 轉(zhuǎn)子尾跡流場集中體現(xiàn)動(dòng)葉吸力面附面層、葉頂泄漏流、尾緣角區(qū)渦等多種復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)的相互作用結(jié)果,在多級壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定性研究中扮演重要角色。由于轉(zhuǎn)子尾跡的三維性和強(qiáng)非定常性特征,對轉(zhuǎn)子尾跡流場的動(dòng)態(tài)測量面臨很大的技術(shù)難度。本文以轉(zhuǎn)子尾跡為切入點(diǎn),從高時(shí)空分辨率動(dòng)態(tài)測量技術(shù)的開發(fā)入手,實(shí)驗(yàn)研究了穩(wěn)定性調(diào)控狀態(tài)下的軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉頂尾跡特征,具體研究內(nèi)容包括： 1.針對轉(zhuǎn)子尾跡動(dòng)態(tài)測量的高時(shí)空分辨率動(dòng)態(tài)總壓探針研制。 軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子尾跡的三維動(dòng)態(tài)測量對測量系統(tǒng)的時(shí)間分辨率和空間分辨率要求都十分苛刻。本文設(shè)計(jì)了一種基爾探頭半無限引壓管動(dòng)態(tài)總壓探針,創(chuàng)新性地采用了幅頻和相頻傳遞函數(shù)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理技術(shù),在保證探針時(shí)間分辨率的同時(shí)大大提高了空間分辨率。對基爾探頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,澄清了其在大偏角來流條件下的總壓測量原理。對半無限引壓管的幅頻響應(yīng)特性以及引壓管形狀對幅頻傳遞函數(shù)的影響規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,為探針結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。以壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉頂?shù)膲毫γ}沖作為輸入信號,對探針進(jìn)行了動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù)標(biāo)定,并采用正反傅立葉變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對探針輸入時(shí)域信號的修正,保證了動(dòng)態(tài)總壓的測量精度和時(shí)空分辨率。 2.光壁機(jī)匣條件下的軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉頂尾跡特征實(shí)驗(yàn)研究。 對壓氣機(jī)節(jié)流過程中尤其是近失速工況下的轉(zhuǎn)子尾跡特征研究,是穩(wěn)定性調(diào)控機(jī)理研究的前提。本文采用自行研制的動(dòng)態(tài)總壓探針,對一臺跨音軸流壓氣機(jī)和一臺低速軸流壓氣機(jī)在光壁機(jī)匣條件下的轉(zhuǎn)子尾跡流場進(jìn)行了三維動(dòng)態(tài)測量。絕對坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子出口總壓軸向衰減規(guī)律表明,主流與尾跡的周向摻混對總壓的衰減起決定性作用。轉(zhuǎn)子時(shí)均總壓展向分布結(jié)構(gòu)表明,在壓氣機(jī)節(jié)流過程中,葉片頂部的加載幅度最大。當(dāng)流量減小到一定程度,大約80%葉高以上的轉(zhuǎn)子尾跡總壓和部分弦向范圍的葉頂靜壓同時(shí)出現(xiàn)0.5倍葉片通過頻率的特征頻帶,此特征頻帶的功率隨著流量減小而不斷增大,與此同時(shí),1倍葉片通過頻率的功率降低。 3.周向槽機(jī)匣處理對低速軸流壓氣機(jī)的擴(kuò)穩(wěn)效果及相應(yīng)轉(zhuǎn)子流場實(shí)驗(yàn)研究。 機(jī)匣處理是應(yīng)用最為廣泛的軸流壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)技術(shù),其中周向槽是結(jié)構(gòu)上最易實(shí)現(xiàn)的機(jī)匣處理方式。本文對一臺低速軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的周向槽機(jī)匣處理實(shí)驗(yàn)研究表明,周向槽覆蓋約50%弦長位置的處理機(jī)匣能夠使壓氣機(jī)獲得較好的擴(kuò)穩(wěn)效果。對轉(zhuǎn)子尾跡和葉頂流場的時(shí)均結(jié)果分析表明,擴(kuò)穩(wěn)的周向槽機(jī)匣對應(yīng)著約95%葉高以上的負(fù)載向約80%-95%葉高范圍的遷移現(xiàn)象,而此負(fù)載遷移現(xiàn)象對應(yīng)著葉頂間隙流動(dòng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。轉(zhuǎn)子尾跡總壓功率譜密度分布表明,當(dāng)周向槽的存在能夠使大約80%葉高以上的轉(zhuǎn)子尾跡總壓在近失速工況下出現(xiàn)的0.5倍葉片通過頻帶的功率降低,同時(shí)使1倍葉片通過頻帶的功率升高時(shí),壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的失速裕度增大。 4.轉(zhuǎn)子葉頂噴氣對低速軸流壓氣機(jī)的擴(kuò)穩(wěn)效果及相應(yīng)轉(zhuǎn)子流場實(shí)驗(yàn)研究。 轉(zhuǎn)子葉頂噴氣的研究主要分為噴氣系統(tǒng)優(yōu)化和擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理分析兩個(gè)方面,本文對一臺低速軸流壓氣機(jī)開展了葉頂噴氣狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子尾跡實(shí)驗(yàn)研究。轉(zhuǎn)子總壓展向分布規(guī)律表明,與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子擴(kuò)穩(wěn)效果直接相關(guān)的是約95%葉高以上的負(fù)載向下的遷移程度。從氣流波動(dòng)強(qiáng)度的角度看,有效抑制轉(zhuǎn)子尾跡區(qū)與泄漏流波動(dòng)強(qiáng)度的葉頂噴氣能夠獲得較好的擴(kuò)穩(wěn)效果。從轉(zhuǎn)子尾跡總壓和葉頂靜壓的功率譜密度分布來看,壓氣機(jī)穩(wěn)定性提高對應(yīng)著0.5倍葉片通過頻帶功率的降低和1倍葉片通過頻帶功率的恢復(fù)。以上轉(zhuǎn)子尾跡的時(shí)均和非定常特征與周向槽機(jī)匣處理的研究結(jié)論一致,這表明不同的葉頂干預(yù)擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)背后應(yīng)該具有相同的擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理。 總之,從轉(zhuǎn)子尾跡的角度來看,壓氣機(jī)在臨近失速工況時(shí),葉頂區(qū)域的加載幅度較大,且伴隨著轉(zhuǎn)子尾跡和葉頂流場波動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng),并出現(xiàn)非葉片通過頻帶的壓力信號功率增大和葉片通過頻帶的壓力信號功率降低現(xiàn)象。而對動(dòng)葉端區(qū)流場進(jìn)行干預(yù)的周向槽機(jī)匣處理技術(shù)和葉頂噴氣技術(shù),在定常層面降低葉尖的負(fù)載水平,在非定常層面削弱葉頂流場的非定常波動(dòng)強(qiáng)度,減弱非葉片通過頻帶的信號功率,并使葉片通過頻帶的信號功率增強(qiáng),從而達(dá)到提高壓氣機(jī)穩(wěn)定性的效果。第七章的討論一節(jié)針對兩種特征頻率與失速的關(guān)聯(lián)展開了分析與討論。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH453

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉大響;對加快發(fā)展我國航空動(dòng)力的思考[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2001年01期

2 陳大光,張津,朱之麗;推重比15一級發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)總體性能的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)分析[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2001年01期

3 毛明明;宋彥萍;王仲奇;;跨聲壓氣機(jī)動(dòng)靜干涉效應(yīng)的數(shù)值研究[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2007年09期

4 史亞鋒;吳虎;陳立新;王征;楊金廣;李密;;軸向間距對某跨聲速軸流壓氣機(jī)葉排間干擾的影響規(guī)律[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2011年05期

5 楚武利,朱俊強(qiáng),劉志偉;折線斜縫式機(jī)匣處理的實(shí)驗(yàn)研究及機(jī)理分析[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);1999年03期

6 劉大響;航空動(dòng)力發(fā)展的歷史性機(jī)遇[J];航空發(fā)動(dòng)機(jī);2005年02期

7 黃順洲;黃紅超;李剛團(tuán);劉德虎;;核心機(jī)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)研制中的作用和地位[J];航空制造技術(shù);2007年01期

8 陳浮;顧忠華;陸華偉;王仲奇;;壓氣機(jī)直、彎靜葉Clocking效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2006年04期

9 勞力云,陳珙,張宏建,李海青;引壓管路對動(dòng)態(tài)差壓檢測影響的分析[J];計(jì)量學(xué)報(bào);1999年04期

10 柳兆榮,陳金娥,黃東群;壓力傳感器頻率響應(yīng)的分析[J];力學(xué)學(xué)報(bào);1980年04期

，

本文編號：2351427