某3级风扇试验流场诊断及性能优化

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1、74航空发动机第41卷r萨—习P——司一i卜蝰剑鲻i铟1一进气流量管；2一前扩压段；3一进气节气门；4一扩压段；5一蜂窝；6一整流网；7一稳压箱；8一试验件；9一排气节气门；10一排气蜗壳；1l一扭轴；12一增速器；13一动力系统图1单轴双涵压气机试验器1．2试验件以双涵道3级风扇为压气机试验件，气流经风扇增压后，通过中介机匣分别从试验器的内、外涵排气道排出。风扇进口导叶通过液压伺服系统在一定范围内可实现无级调节，第1、2级静子通过更换角度规实现调节，停车后可在设计角度基础上进行±3。、±60的调节。1．3测试系统及测点分布压力测试系统采用Psl8400和DSA一3217模块，误差不大

2、于0．2％。温度测量采用T型热电偶和铂电阻结合NEFF470模块，误差为±1K。风扇物理流量、出口内涵流量分别采用进口流量管、文丘里喷嘴测量，前者精度为±0．5％。试验件测点分布如图2所示。测点数量及类型：进口为2支7点带套总压管；出口为6支15点总压耙和6支6点总温探针；进、出口及各级叶排前后各分布2点壁面静压测点；各级静子有级间总压和总温测点，每级温度和压力各10点，同一径向位置为2点，采用等环面法进行分布口-3】。、—坤，—／进口总压厂，，／，、、一4一。●一，●图2试验件测点分布2试验过程及结果分析2．1试验过程试验过程分初始设计状态性能检验和第1、2级静叶角度优化试验2个阶段

3、。2．2优化前试验阶段第1阶段试验设计转速性能如图3所示(文中所有图的性能数据均与设计点指标做归一化处理)。随着反压提高，在流量尚未拐头、效率尚无下降趋势时即发生喘振。对3级风扇而言，该等转速特性线太过陡峭，几乎没有流量裕度，推测级匹配出现问题，即某级在其他级尚处在较好状态时提早偏离设计工况进入不稳定状态，导致提前发生喘振M。该试验件流量、效率略低，喘振裕度更是远低于设计预期。根据目前所掌握的试验数据，从级间壁面静压和级间总压人手进行流场诊断和级性能分析。jE-，¨√：线旃I々”}t鸠mI’B波汁j々速·世图3第1阶段试验设计转速性能各级壁面静压比分布如图4所示。从图中可见，流量由大到

4、小为试验状态从堵点到喘点的过程。3级转子级特性表明，第1、2级转子负荷几乎相近，明显高于第3级转子的，但第2级转子负荷偏大；从各级转子近喘点压比变化可见，第l级转子近喘点时压比增大，第3级转子的持平，只有第2级转子压比在近喘点前突然减小。初步判定第2级转子因负荷太大增压能力已达极限，喘振的诱因就在该级【q。IGV及其他3排静子性能未见明显异常。CV—+一旃：级转蚤1话j级1●、点f娟l季_二一篓i貔零≯、、丁I喘点堵点09968(199700997209974()9976O99780998()09982O9984流{吐图4第1阶段试验各级壁面静压比㈣嘶㈣嘶㈣幡㈣丑趟第4期高飞龙等：某3

5、级风扇试验流场诊断及性能优化75为验证壁面静压分析结果，对级间总压比进行分析，如图5所示。从图中可见，流量由大到小为试验状态从堵点到喘点的过程。此级为该级转子和前级静子。由于级组总压升全部由转子提供，静子只有少量损失，可近似认为是转子间总压比。一札’11图5第1阶段各级间总压比第2级转子叶尖和中上位置在接近喘点时压比明显减小，结合静压比变化，判断第2级转子中上部位在大攻角状态下流动恶化，在叶片吸力面很可能发生较大分离，最终导致整体流动失稳。由此确定优化的方向应为减少第2级转子的负荷，特别是中上位置，即通过调整第1级静子的安装角以减小第2级转子的攻角，来抑制近喘点时出现的流动分离。调整第

6、1级静子减小第2级转子攻角的同时会增大第1级转子的负荷，对级间壁面静压和级间总压的分析都表明，第1级转子仍存在较强增压潜力，该调整方案能进一步开发第l级转子的加功能力。级间总压比还表明，第3级转子中下部在近喘点时压比显著减小，可能是受上游失稳气流影响所致，但更可能是负荷偏大的表现，故采取该方式调节第2级静子，适当减小该级负荷n砌。2．3优化后试验阶段根据级间流场诊断结果，对试验件第l、2级静子进行相应调整，将第1、2级静子安装角在原基础上分别减小6。、30。在增大第1级转子负荷、减小第2、3级转子负荷的条件下进行了第2阶段试验。在设计转速下第1、2阶段总性能对比如图6所示。从图中可见，

7、经过性能优化，在设计转速下的流量几乎没有减少，效率、裕度约分别提高了l和7．5个百分点，达到设计要求，实现性能优化。增加的裕度全部来自于流量裕度，表明第2级转子负荷减小后，风扇整体流通能力得到极大提升。图6第1、2阶段总性能对比第2阶段试验各级壁面静压比分布如图7所示。从图中可见，第l级负荷增大，进喘前静压比减小，得到了挖掘。第2、3级负荷减小，进喘前静压比未减小，达到了性能优化的初衷。¨v‘lJv4¨u、fJ‘，h_lV”¨XIJ‘J‘，ll