旋转畸变条件下新型机匣处理扩稳效果试验

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252014Vol35No．92411-2425ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．CRdoi：10．7527／SL000—6893．2014．0036旋转畸变条件下新型机匣处理扩稳效果试验董旭1，刘小华2，孙大坤1’*，孙晓峰11．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京1001912．中国民航科学技术研究院发动机适航审定中心筹建办公室，北京100028摘要：开展了一

2、种新型机匣处理扩大轴流风扇／压气机稳定裕度的试验研究。在低速风扇试验台上模拟旋转进气畸变，分析此种畸变进气条件对压气机工作性能造成的影响，并且考察一种新型机匣处理的扩稳效果。旋转进气畸变下，压升一流量特性曲线失速边界向右下偏移，压气机失速裕度明显降低。新型机匣处理在旋转进气畸变条件下对风扇／压气机有显著的扩稳效果，较小畸变转速(200，500r／rain)情况下，新型机匣处理能提高压气机稳定裕度10％～20％，同时并没有带来明显的效率损失；畸变转速为800r／min情况下，机匣处理的扩稳效果相比并不明显，但可以提高压气机工作效率1％～2％

3、。较大畸变转速情况下，畸变方向不同，机匣处理扩稳效果有所差别：正向畸变时机匣处理提高压气机失速裕度3％～10％，提高效率1％左右；而反向畸变时，失速裕度均提高10％以上，甚至达到20％，但压气机效率损失在1％左右。关键词：风扇／压气机；旋转失速；旋转畸变；机匣处理；稳定裕度中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)09—241l一15现代风扇／压气机不断向着高效率、高负荷方向发展，而足够的稳定裕度也日益成为风扇／压气机设计的重要指标。目前在航空发动机设计领域，人们为了追求其压气机系统的更高稳定性，避免失

4、速和喘振的发生，广泛采用双轴或多轴的设计方案。由此诞生的双转子或多转子发动机的确能够起到很好的防喘效果，但是与此同时，为了满足这种设计上的要求，也存在着高、低压压气机之间、不同转子之间的相互影响问题，尤其是对失速边界的影响。不难想象，在多转子发动机的相互影响中，上一级的低压压气机出口非均匀的压力波动对高压压气机将存在一个普遍的影响，这种影响也将直接作用于高压级的失速边界，造成其稳定裕度的改变。这种影响一般可以被看成是一种旋转进气畸变，通过模拟这种畸变进气条件，人们可以监测不同压气机系统稳定性的变化，进而研究多转子发动机面临的这一突出问题。

5、关于这个问题，人们历来有两种解决思路，一是通过主动控制的方式，针对不同的进气情况和失速先兆对压气机系统作出主动调整，进而避免旋转失速现象的发生；二是通过被动扩稳的方式，即采取可调机构设计的手段，推迟失速现象的发生。20世纪90年代末，Spakovszky等[1]使用沿周向均布的12支喷嘴(喷气量约占主流流量的2％～3％)，对带有周向和径向进气畸变的单级跨声速压气机进行主动控制研究，可使压气机失速流量扩大17％左右。但是对于已经发展了近20年的失速主动控制技术而言，由于其控制规律很收稿日期：2013—11-08；退修日期：2014-01—2

6、2；录用日期：2014—04—01；网络出版时间：2014一04一0910：30网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／10．7527／$1000．68932014．0036．html基金项目：国家自然科学基金(51106154，51236001)；国家“973”计划(201208720201)；中央高校基本科研业务费专项资金*通讯作者．Tel．：010-82338262E-mail：sundk@buaa．educn引用格武iDongX，LiuXH．SunDK．eta1．Experimentalinvestigati

7、onofstallmarginenhancementusingnovelcasingtreatmentundertherotatinginletdistortion[JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2014，35(9)：2411-2425÷董旭，剃小华，孙大坤，等．旋转畸变条件下新型机匣处理扩稳效果试验!Jj航空学报．2014．35(9)：24{1-2425．航空学报Sep．252014V01．35No．9难形成、控制机构反馈动态滞后、流动失稳先兆捕捉准确性存在问题以及控制机构的复杂性等一系列

8、问题无法得到有效解决，一直未能真正应用于工程实际。对于多轴发动机旋转失速的问题，早在20世纪80年代，Schaeffler和Miatt就对一种三轴结构的RB一199发动机的高低压压气机系统的相