低速轴流压气机叶尖非定常流动试验.pdf

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstronauticaSinicaAug252016Vol37No82614-2622ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaaeducnhkxb@buaa．edu．cn低速轴流压气机叶尖非定常流动试验高丽敏1’2一，李永增1’2，刘晓东h2，张帅h21．西北工业大学动力与能源学院，西安7100722．先进航空发动机协同创新中心，北京100083摘要：利用动态压力传感器对一低速轴流压气机转子的叶顶间隙流场进行详细的试验测量，通过对信号特征的分析，对

2、压气机节流过程中叶顶间隙的非定常流动发展演变规律进行了研究。结果表明：压气机完全失速时，叶尖存在一以46．5％转子转速周向传播的失速团；节流过程中，叶尖前缘处的动态压力信号中存在非定常波动的特征频率带，其变化规律与叶顶流场压力非定常波动的能量迁移有关；随着压气机流量减小，叶顶泄漏流影响区域向前缘移动，失速团在叶顶前缘附近产生，并向尾缘方向扩展，最终覆盖叶片全部弦长；近失速工况时，叶顶间隙相邻通道内泄漏流相互作用，造成通道中的低压区“一前一后”交替分布从而形成一个空问上周期约2个DI片通道的扰动波。关键词：轴流压气机；动态压力；叶

3、顶间隙；非定常流动；失速中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：10006893(2016)08261409压气机叶顶间隙内流动复杂且表现出高度的非定常性，一直以来都是叶轮机气动热力学领域的研究热点。国内外众多的研究口‘51表明，叶顶间隙内的非定常流动是压气机损失的主要来源，对压气机的稳定性有重要影响。针对叶顶间隙非定常流动的发生及发展规律，Jin等[61的试验研究发现叶顶间隙涡存在周期性非定常波动，且频率沿流向逐渐减小；邓向阳等[73阐述了相似的现象，但不同的是泄漏涡非定常波动的频率沿流向基本不变。针对叶顶间隙流动非定

4、常性产生的原因，文献[-8一103认为产生周向非定常波动的原因是间隙涡与相邻叶片的周期性碰撞。吴艳辉等[11d21的研究表明近失速工况下叶顶间隙的非定常流动是由叶尖二次涡(TSV)的活动主导和自我维持的。而Furukava等口33认为近失速工况叶顶间隙涡的螺旋型破碎引起的自激振动使其呈现出周期性的非定常波动。除此之外，上下游叶排的干涉[14。¨1以及超跨声压气机中激波与泄漏流的相互干扰[16。180等因素均对叶顶非定常流动造成影响。综上所述，叶顶间隙非定常流动的形式及影响因素众多，而现有的研究对其产生及发展的动力学机制尚未达成广

5、泛共识，因此对叶顶问隙非定常流动进行深入的研究具有重要意义。本文使用高频动态压力传感器对一单级低速轴流压气机转子叶顶间隙流场进行了测量，通过分析动态压力信号特征及流场压力图谱，对叶尖非定常波动在压气机节流过程中的发展过程进行了研究。收稿日期：2016—01·14；退修日期：2016—02．17；录用日期：2016．03．22；网络出版时间：2016—04—1213：05网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929．V．201604121305．002．html基金项目：国家自然科学基金(512360

6、06，51476132)*通讯作者Tel：029—88495022E-mail：gaolm@nwpueducn确角格武：高丽敏．李永增．胡晓东，等。低速轴流压气机叶尖菲定常流动试验!JI航空学报．2016．37(8)：2614-2622GAOLM．LIYZ，LIUXD，eta1．TestofunsteadyflowinthetipclearanceoflowspeedaxialflowcompressorEJJ．ActaAeronauticaetAstro．nauticaSinica，2016，37(8)：2614-2622．高

7、丽敏，等：低速轴流压气机叶尖非定常流动试验1试验装置与测量方法1．1轴流压气机试验台构造及参数本试验是在西北工业大学叶栅实验室的单级低速轴流压气机试验台上完成的，该轴流压气机(如图1所示)主要由喇叭口、进气管道、单排转子和静子以及尾锥等组成。其转子叶片数为20，叶顶间隙为1．5mm，压气机内简直径为580mm，轮毂比为0．6。该压气机由一个15kW三相交流电机驱动，设计转速为3000r／min，通过15kW变频器实现转速调节。通过交流涡轮减速器调节出口尾锥开度实现对压气机流量的控制。图llp级豫速轴流止L己机试验台Fig．1Te

8、strigofsinglestagelowspeedaxialflowcompressor1．2轴流压气机试验台测试系统试验台测量系统由稳态测量系统和动态测量系统两部分组成。稳态测量系统用于测量压气机稳态参数，各测量截面及测点布置如图2所示。在进口1—1截面和出