轴流压气机内非定常两代流型的实验验证

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1、轴流压气机内非定常两代流型的实验验证李志平弓志强陆亚钧李秋实（北京航空航天大学航空发动机气动热力重点实验室北京100083）摘要：借鉴外流在流型的研究和应用对百年来飞机的发展经验，文献[1-3]提出了叶轮机内的非定常两代流型概念，即非定常自然流型（UnsteadyNaturalFlowType，简称UNFT）和非定常耦合流型（UnsteadyCooperativeFlowType，简称UCFT）。并认为现有的叶轮机中不可能存在定常流型，而应当属于UNFT的范畴，如果能够实现从UNFT向UCFT的转换，则能很大程度的提高叶轮机的性

2、能。本文在本实验室的低速轴流压气机实验台上进行了捕捉UCFT的实验研究，主要采用外部声激励的方式模拟真实压气机中不同的非定常进口条件，在特定的频率下，通过分析压气机性能的变化以及流场结构的改善，验证了真实压气机中两代流型的相互转换。实验结果表明，当实现UCFT后，压气机气动性能得到了较大幅度的提高，在效率保持不变的前提下，失速裕度相对值提高了19.5％。关键词：轴流压气机；流型；非定常分离流；非定常自然流型；非定常耦合流型0引言[7]与流型在外流发展中的作用相对比，在叶轮机效应”（WakeImpactEffect，简称WIE）。

3、但在试气动热力学分支的诸多文献中，还没有看到相关‘流验验证中，准确的给出非定常边界条件以模拟WIE[4][5]型’（FlowType）问题的直接论述。但是，自然是有很大困难的。为了便于调整产生耦合流型的频界中的诸多流动现象都对应着不同的流型，流型概谱及幅值等非定常激励参数，在试验中我们采用声念在流体力学范畴内是一类客观存在。因此，本课激励来模拟轴流压气机中真实存在的WIE。现简述题组认为：流型在叶轮机气动力学范畴内同样也应声激励模拟WIE的可行性。当是客观存在的，有待于进行分析和研究。这就带在文献[1]中详细论述了轴流压气机非定

4、常两来了新的疑题：从轴压气机的诞生、发展到当今，代流型理论。其核心机理是：下游转子非定常分离现有的轴流压气机应当属于何种流型呢？既然外流流场受到上游静子尾迹和主流区交替掠过的影响，中的流型概念得以不断发展,轴流压气机是否也存当上游非定常激励与下游非定常绕流时空结构产生在出现新一代流型的前景呢？耦合作用时，转子非定常分离流场由UNFT转化为由于轴流压气机流场的高度非定常性，即使在UCFT，从而提高其时均气动性能。对于所关注的设计工况下，其流场仍然存在高度非定常的复杂分转子来说，上游尾迹对转子的影响可视为一种非定离流动。另外，由于轴

5、流压气机自身结构的复杂性，常激励，其关键的特征参数是非定常激励频率（尾存在多个物体绕流的相互作用。基于轴流压气机这迹通过频率）和非定常激励幅值（尾迹亏损幅值）。一特点，周盛教授提出了同一流场中存在多个物体所以，任何一种满足一定频率和幅值条件的非定常时，常有相对运动的不同物体分离流绕流相互作用激励模拟手段都可以用来模拟WIE，至少可以用来非定常两代流型的概念,既非定常自然流型(UNFT)进行机理的验证。声激励模拟手段在实验上容易实[6]和非定常耦合流型(UCFT)。按照非定常两代流型现，所以首先利用声激励来模拟WIE。尽管声激励的

6、思路来审视轴流压气机，由于现有的压气机气动不可能反映WIE的全部效果和影响，但在机理验证设计体系普遍不考虑大尺度分离流的时空结构，因上还是可行的，这样就为在轴流压气机中捕捉此自然没有考虑非定常分离流绕流的相互作用，从UCFT提供了极大的方便。而也无法实现UCFT。故而，可以认为所有现有的本文采用外部声激励的方式模拟不同的非定[1-3]轴流压气机都只能属于UNFT。常进口条件，对比研究了不同激励频率、强度下压对于轴流压气机中的非定常分离流动，上游叶气机流场结构以及气动性能的变化，从机理验证的排尾流的非定常激励对于具有相对运动的下游

7、叶排角度在轴流压气机内真实的捕捉到了UNFT向非定常分离流绕流时空结构的影响是上述流动机理UCFT转变，在轴流压气机内验证了非定常两代流的一类具体体现。在本文中对此称之为“尾流撞击型概念。1实验设备压气机的动力装置是一台额定功率为7.5KW1.1轴流压气机台的三相异步电机。转速控制则是由一套AMK公司生产的伺服机构来实现精确调节，其精度可以达到本文实验研究工作在一台低速轴流压气机上不超过±1rpm。流量控制通过改变出口处的节流堵展开，其结构简图以及测试截面布置如图1所示。锥的轴向位置进行调节。0III1.2气动喇叭本文采用大功率

8、的气动喇叭产生外部非定常0III12345678190111213激励信号。气动喇叭由发声头、信号发生器、功率1气动喇叭2进口集流器3流量管壁面静压孔4压气机放大器、导声管和高压气源五个部分组成。气动喇进口总压梳5进口导叶6压气机转子7Kulite压力传感器叭模