表面粗糙或带凸起转盘风阻扭矩实验

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1、2014年8月第40卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust2014VoI．40No．8表面粗糙或带凸起转盘风阻扭矩实验张达罗翔徐国强田淑青(北京航空航天大学航空发动机气动热力重点实验室，北京100191)(中航商用航空发动机有限责任公司设计研发中心，上海201108)摘要：为研究壁面不同粗糙程度以及带有螺栓等表面凸起的转盘风阻扭矩特性，建立了一个转盘扭矩测量实验台．自由盘测量结果与经典经

2、验关系式较好的符合度验证了测量方法的准确性．分析研究了在不同粗糙度以及附有6种凸起结构的转盘风阻扭矩规律．结果表明，壁面的粗糙会增大转盘受到的扭矩，在所测量旋转雷诺数范围内，从气动光滑一直到粗糙高度0．2mm，扭矩系数增大1倍．基于气动光滑自由盘经验关系式进一步总结出相对粗糙度对于风阻扭矩的影响系数．对比6种凸起引起的风阻扭矩特性发现，叶型凸起会大幅降低风阻扭矩．凸起安装迎风角度的改变会带来10％的风阻扭矩差别．结合自由光滑盘扭矩系数经验关系式，总结出不同凸起形状对于扭矩系数的影响因数．关键词：

3、旋转盘；粗糙度；风阻损失；风阻扭矩；凸起中图分类号：V231．1文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)08—1055旬5WindagemeasurementsforrotatingdiscwithprotrusionsZhangDaLuoXiangXuGuoqiang(NationalKeyLaboratoryonAero—Engines，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)TianS

4、huqing(R＆DCenter，AVICCommercialAircraftEngineCo．，LTD．，Shanghai201108，China)Abstract：Anewtestrigwasperformedtoinvestigatethewindagetorqueoftherotatingdiscwithprotru—sionsorroughnessontherotorsurface．Thenewmeasurementmethodwasverifiedaccuratelywiththec

5、ompar—isonbetweenthefreediscdataandthecorrectioninopenliteratures．Sixconfigurationsofprotrusionwerecar—riedout．Theresultsshowthatthemomentcoefficientofrotorincreaseswithincreasingthediscsurfacerough-rless．Theincreasingroughnessfromhydrodynamicallysmo

6、othtoaroughnessratioof120(correspondingtoaroughnessheightof0．2mm)causesadoubletorquevalueofrotorwithinthetestrange．Theimpactfactorsobtainedfromhydrodynamicallysmoothdisccasewerederivedfortheroughnessdisccases．Thebladeshapeprotrusioncausedthesmallestf

7、rictiontorqueoftherotorwithinthesixconfigurations．Changingtheprotru-sionsorientationwithrespecttothedirectionofthefluidcausesthemomentcoefficientadifferenceofapproxi-mately10percents．Newcorrelationswereproposedforthewindagetorqueforthehydrodynamicall

8、ysmoothandtheroughnessrotorcasesandtherotorwithprotrusionsrespectively．Keywords：rotatingdisc；roughness；windageloss；frictiontorque；protrusions航空发动机内部冷却系统的设计对效率有着重要的影响，冷却空气不足引起的极端高温会大幅度降低涡轮盘以及涡轮叶片的寿命．大型航空发动机内冷却系统所需空气一般经由核心机的中央轴以及孔到达涡轮盘腔，直至涡轮叶片。发动机20％的主