高性能弯掠叶片及其对内流影响的研究概况

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1、R72S’L，M7S!，’##!TNU>PV5OA>MIWX"!!"!!!!!!"!技术综述!"!!!!!!"!高性能弯掠叶片及其对内流影响的研究概况#华中科技大学魏兵海吴克启摘要介绍了国内外有关高性能弯掠叶片的设计及其影响内流（主要为端壁流）的研究成果，以及将来研究的重点和方向。关键词弯掠叶片性能内流研究概况!前言1234.5.674893:;<=”或“,-../5.674893:;<=”，即“弯掠叶片动力学”，并将它列为>9?.@63?.4A;@BC.6D76E端壁区域损失一般占叶轮机械整体损失的:39<.FG6H;9.I9@;9.

2、F.ACFIF）计划的［!，’］［J%!#］"#$%&#$，大型蒸汽透平短叶片高压级中二核心内容。K366.??公司在航空涡轮中采用弯次流损失占总能量损失的比例则高达&#$%掠叶片控制通道二次流、激波及其与附面层的干［"］［!!，!’］(#$。端壁区域低能流体的聚集、端壁二次流、涉，级效率高达L’$。M5,5N.-;=的研究报端壁泄漏涡（或射流）、叶片吸力面)轮毂壁角区后告指出：同等条件下，通过叶片积叠中线弯掠手段部分离流动向叶展中部的扩展、端壁流与主流的发展出的C67/D39航空发动机与常规非弯掠的先干涉耦合，种种

3、端壁效应不仅造成了叶轮机械的进FG6H70D39航空发动机相比，油耗降低且效率效率低下，而且会在流动产生分离时使端壁—叶提高了!&$%*#$，气动噪声则降低(41以［!’，!"］尖区域首先发生叶轮旋转失速，同时喘振裕度范上。上海交通大学对低速轴流风机的优化设［*，&］围与端壁区域内流状况的宽窄密切关联。随计结果表明：与常规径向积叠叶片相比，弯掠叶型着现代叶轮机械高负荷、大展弦比取向趋势的发的应用能提高效率*$%&$，噪声降低&%［!"，!*］展以及多级压缩机末几级中环壁边界层的渐增成(41。长，端壁边界层厚度在流道径向所占比例增大，端［

4、(］壁效应对性能影响的比重加大。因此，国内外’国内外研究概况学者十分重视端壁流动机理及其主动控制方式的研究。弯掠叶片抑制端壁边界层分离以减小二次叶片造型研究涉及到叶片基元剖面形状的研流损失即是近代研究成果之一，弯掠叶片及其动究。美国M5,5等在J#年代中期发展了一种在力学的研究成为叶轮机械领域的前沿热点之一。跨音速来流条件下也具有高性能的控制扩散翼各种叶片造型的研究对主动控制端壁效应提（O79?672P;DDG=;793;6D7;2简称为OP翼）的新基元翼［!&%!J］高叶轮机械的性能有着重要意义。起先，弯扭叶型，并在I"航空发动机上实

5、际应用。日本型及其应用由透平叶栅扩展到压气机叶栅，成型研究人员采用+#+L0F(铝合金研制一种可由翼规律也从单纯的倾斜、弯、扭改进发展到三维弯扭腔内压根据工况反馈进行翼外形改变的可变翼新［+］［!L］联合成型。其后，出现了弯掠叶片的概念，研究基元翼型，为超音速航空发动机开发了箭形翼叶片的三维弯掠造型，并逐渐形成了一门全新的（5667-Q;9@）、!形翼（P.2?3Q;9@）、双!形翼［’#］“弯掠叶片动力学”分支学科。在美国国防部提交（P7GH2.0P.2?3Q;9@）等改良型新基元翼型。国会的“关键技术计划”中连续(年提到“,-../

6、0美国KI公司的报告（!LLJ）对其超音速航空#收稿日期：’###—#(—#’%"流体机械"$$#年第",卷第#期弯掠涡轮的实验测量和数值分析作了总结：在超得了引人注目的经济效益。音速叶道中，用动力学弯掠技术减弱脱体激波（特在蒸汽透平成套机组中，提高热动循环效率别是进气边）和通道激波强度，控制激波!边界层的有效方法，一是提高透平进口温度改善透平设干涉，使流动径向迁移、边界层移动以减少损失，计，降低透平损失，另一条途径则是改善成套设备［"#］［%"］提高性能。北京航空航天大学航空发动机气机组其它机械的运行效率，如改进其中配套压动热力学重点

7、实验室周盛教授及其研究集体针对缩机的设计，利用弯掠叶片造型来主动控制端壁航空涡轮的弯掠空气动力学设计作了大量的系统损失正是国际上的热点趋向之一。用弯掠叶型的［""］工作，如有关合理利用和控制三维激波的工程多级轴流E末级斜流压缩机新配置方案替代多级［#$］准则的探索，前缘弯掠的运动学问题及前缘曲轴流方案或多级轴流E末级离心方案可望提高其线相对掠对气动性能和失速裕度影响的最优化问运行效率并扩大喘振裕度。国内外有关这方面的［"%，"&］题的研究。研究报道还很少。德国’()*(（+#,,,）对低压无静叶轴流风机弯日本东芝公司/696:)和德国冯

8、·卡曼学院掠动叶内流场进行了实验测量及-./数值分’+(FG(*=67（9#,,@）实验测量了弦向倾斜和前后掠析，发展了一种掠叶片设计方法。其研究表明：对叶型对透平压缩机叶栅性能的影响。测量表明：低压风机，