1﹢3∕2级对转涡轮气动性能试验研究

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1、2016年12月北京航空航天大学学报December2016第42卷第12期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No·12http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．08491+3／2级对转涡轮气动性能试验研究吴中野1，方祥军1一，刘思永1，赵大勇2(I。北京航空航天大学能源与动力32程学院，北京100083；2．中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：无导叶对转涡轮

2、是高性能发动机的关键技术之一。本文采用试验方法对1+3／2级对转涡轮进行了气动性能研究。本试验分为3个阶段，第1阶段为单独高压涡轮(HPT)试验，第2阶段为加大HPT和低压涡轮(LPT)间轴向间距联合试验，第3阶段为HPT和LPT间正常轴向间距联合试验。在正常轴向间距HPT和LPT试验中，LPT状态的确定通过利用单独HPT试验获得的效率与压比特性反推获得。试验表明，HPT喉道面积减小，而LPT喉道面积增大，这导致在总膨胀比一定情况下，HPT膨胀比增大，LPT膨胀比下降，同时LPT的存在对HPT特性影响不大。在总膨胀比分配中，HPT膨胀比变化很小，而LPT膨胀比变化

3、范围较宽。涡轮级总效率由HPT决定，LPT轮一般相对较低，加大HPT和LPT间轴向间距对LPT性能影响很小。关键词：对转涡轮；试验方法；特性反推；膨胀比分配；效率特性中图分类号：V221文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)12-2676-07无导叶对转涡轮是提高航空发动机推重比的有效技术途径之一，21世纪美国高性能涡轮发动机综合技术计划(IHPTET)¨o始终将其列为关键技术进行研究，并取得了显著成果，相应的发动机型号得到应用，如F119¨。、YFl20¨1等。国内在对转涡轮方面也做了大量的理论研究，中国科学院工程热物理研究所蔡睿贤H41对1+1

4、／2级对转涡轮基于高低压轴压气机(含风扇)各自的负荷与转速以及压比的匹配，提出适合于对转涡轮使用的发动机系统以及相应的基元级与叶栅。季路成∞。指出1+1／2级对转涡轮所面临的挑战是前所未有的，而1+3／2级对转涡轮是战胜这种挑战的有效途径，其主要原因是1+1／2级对转涡轮取消了低压涡轮(LPT)进口导叶，为保证低压涡轮输出功率要求，需提高高压涡轮(HPT)负荷，从而高压涡轮出口马赫数达到了1．6以上，给高压涡轮设计带来难度，而1+3／2级对转涡轮采用低压3／2级涡轮，减轻了高压涡轮的负担，降低了高压涡轮出口马赫数，同时季路成还分析了1+1／2级与1+3／2级对转涡

5、轮特性差别¨。。以及1+3／2级对转涡轮的基本理论一1。中航工业沈阳发动机设计研究院所陈云等¨引对1+3／2级对转涡轮的设计特点进行了分析，表明1+3／2级无导叶对转涡轮设计中必须以合适的高压涡轮为基础；其低压涡轮特性与常规涡轮基本一致，第1级低压涡轮转子叶片在各工作状态下效率水平均较高。涡轮性能试验研究是涡轮设计与优化过程中必不可少的关键环节。试验研究能够验证与检验涡轮设计，并指导涡轮设计优化，发现涡轮流动新现象以及新问题。在此背景意义下，欧美等国外研究机构在20世纪便建成了涡轮短周期试验台，如Cambridge[1I]、Oxford[12】、MIT[131和O

6、SU[141等。收稿日期：2015—12-28；录用日期：2016_03—18；网络出版时间：2016-04．1118：45网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20160411．1845．002．html$通讯作者：Tel．：010_82317421E—mail：turbinebuaa@buaa．edu．cn；f用格式：吴中野，方祥军，刘思永，等．J+3／2级对转竭轮气动性能试验研究ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(12)：2676．2682·WUZY，FANGX】，LIUsY，eta1．Expedment

7、alresearchofI+3．／2contra—rotatingturbineaerodynamicperformancei1]IJournalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(12)：2676—2682(inChinese)．第12期吴中野，等：1+3／2级对转涡轮气动性能试验研究2677并进行了大量试验研究。国内对转涡轮暂冲式短周期试验台在中国科学院工程热物理研究所建成，并进行了相应的涡轮性能测试¨51，而本文是基于北京航空航天大学连续式供气的超跨音对转涡轮试验台¨6‘(简称为北航对

8、转涡轮试验