进气畸变条件下新型机匣处理扩稳效果实验研究.pdf

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1、航空学报AcfaAerOnauljcaefAsfrOnauficaSinjcaDec252013VoI34No122692—2700JSSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：∥hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．educn进气畸变条件下新型机匣处理扩稳效果实验研究熊珊1’2，孙大坤2一，所秋玲2，陈俊2，孙晓峰2l。北京航空航天大学中法工程师学院，北京1001912．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京10019l摘要：为考察在总压进气畸变条件下对压气机流动稳定性的影响以及如何进行有效扩稳，开展了一种新

2、型机匣处理扩大轴流风扇／压气机稳定裕度的实验研究，主要内容包括：进气畸变下的压气机流量一压比特性实验，研究新型机匣处理的扩稳效果．并对压气机工作效率的影响进行了评估。实验结果表明：①进气畸变下，压气机压于}一流量特性益线失速边界向右下偏移，即压气机失速裕度变小，并且畸变程度越高，失速裕度损失越多；②新型机匣处理在进气畸变条件下对风扇／压气机有显著的扩稳效果，失速裕度可提高5％～8％；③较大(20％以上)进气畸变条件下，机匣处理会带来1％～2％左右的压气机效率损失，而较小(20％以内)进气畸变条件下，机匣处理在扩稳的同时，可以基本保持压气

3、机工作效率不变。关键词：风扇／压气机；总压畸变；旋转失速；新型机匣处理；失速裕度中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1000一6893(2013)12—2692一09风扇／压气机是航空推进系统的核心部件之一。除了高效率、高负荷的要求外，足够的稳定裕度是风扇／压气机的重要设计指标。进气畸变是诱发流动失稳的关键因素之一。随着现代飞机飞行速度、高度以及机动性能的提高，进气畸变对发动机性能的影响越来越突出。因此，如何提高发动机压缩系统畸变来流情况下的稳定裕度就显得非常重要。20世纪90年代初，美国麻省理工学院燃气轮机实验室(MIT—

4、GTI，)和英国剑桥大学怀特实验室(WhiltteI。aboratory)采用失速先兆检测识别与反馈控制技术相耦合。通过可调导叶、叶尖喷流等方式，在实验室完成了失速主动控制的原理性实验。spakovszky等[卜21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压气机进行了主动控制研究，可使压气机失速流量减少17％左右。然而。对于已经发展了近20年的失速主动控制技术而言，由于其控制规律很难形成(传递函数)、控制机构反馈动态滞后、流动矢稳先兆捕捉准确性存在问题(尤其是多级跨声风扇／压气机)

5、、及控制机构的复杂性等一系列问题无法得到有效解决，因此一直未能被真正应用于工程实际。国内对进气畸变、失速和喘振等流动失稳问题的研究始于20世纪80年代，在进气畸变方面，早期研究大都集中在畸变发生器的模拟以及进气畸变对压气机失速边界的影响，后来经过了近30年的研究，以南京航空航天大学和中国飞行试验研究院为代表的国内一些研究机构已经掌握了进气畸变的流场模拟和动态采集技术，并发展了相应的收稿日期：2013，02-25；退修日期：2013一04—11；录用日期：2013一05—05；网络出版时间：2013一05一0709：24网络出版地址：ww

6、wcnkfnet／kcms／detall／111929V201305070924001、htmI基金项目：国家“973”计划(2012cB720201)；国家自然科学基金(51106154，510100a7，51236001)；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，edu．cn号

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12、under{nle{d；弓torllDnAclaAeronauticaetAstronauticas{n坼a．2013，34《{2)：2692—2700矮张．替大婶，所秋玲．等进气畸变条件下新型祝星处理扩稳效果实验研究航空学报，2013．34(12)：2692—2700熊珊等：进气畸变条件下新型机匣处理扩稳效果实验研究实验平台进行了大量的研究工作口‘4]。空军工程大学江勇等[5]认为稳态畸变是引起发动机失速的主要原因。中国科学院工程热物理研究所张靖煊等[63通过实验得出随着畸变片数目的增加，即畸变度增加，会造成压气机特性线向右下移动，缩

13、减压气机稳定裕度。南京航空航天大学李亮等口]研究得出插板会使压升特性线右移，使得压气机提前进入失速，减少压气机稳定裕度。在失速、喘振扩稳措施和预警技术方面，中国燃气涡轮研究院和中航工业发动机设计研究所都进行