蜂窝密封泄漏特性理论与实验.pdf

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1、航空学报Apr．252017V01．38No．4ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．educrlDOI：10．7527／$1000—6893．2016．0214蜂窝密封泄漏特性理论与实验孙丹1’*，王猛飞1，艾延廷1，肖忠会2，孟继纲2，李云21．沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室，沈阳1101362．沈阳鼓风机集团股份有限公司，沈阳110142摘要：蜂窝密封的泄漏特

2、性直接影响航空发动机的工作效率。本文采用理论分析与实验研究相结合的方法系统研究蜂窝密封的泄漏特性。建立了蜂窝密封流场特性CFD求解模型，数值分析了转速、进出13压比、蜂窝孔对边距、蜂窝孔深、蜂窝壁厚等因素对密封泄漏量的影响，揭示了蜂窝密封的封严机理。设计搭建了蜂窝密封泄漏特性实验台，实验研究了进出El压比、转速等因素对蜂窝密封泄漏特性的影响。数值分析与实验测试相互验证，在此基础上，考虑蜂窝密封泄漏特性影响因素，结合传统经典迷宫密封泄漏量Egli公式，构造了蜂窝密封泄漏量计算公式。研究结果表明，蜂窝密封的孔深、对边距和壁厚是通过影响蜂

3、窝孔中涡系的发展和蜂窝孔的密度来影响泄漏量的。涡系发展的越充分，蜂窝孔的密度越大，蜂窝密封的泄漏量就越小；转速对蜂窝密封泄漏量影响较小；蜂窝密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大，两者近似呈线性关系；随着蜂窝孔深度增加，蜂窝密封泄漏量先逐渐减小后逐渐趋于平稳；随着蜂窝孔对边距增加，密封泄漏量先减小，后出现了小幅度的增加；随着蜂窝壁厚的增加，蜂窝密封泄漏量先近似线性增大后缓慢增大。本文研究为蜂窝密封结构设计提供理论依据。关键词：蜂窝密封；泄漏特性；流场特性；实验研究；公式构造中图分类号：V232．9文献标识码：A文章编号：1000—68

4、93(2017)04—420512一10蜂窝密封是航空发动机的关键部件，起着防止工作介质泄漏和节能降耗的关键作用。通过在发动机机匣封严环表面钎焊蜂窝密封环，与转子或叶片叶冠上的篦齿构成密封结构可有效提高发动机的工作效率[1。3]。美国航天飞机、U2及F16战斗机以及中国最新型的战斗机及民用飞机发动机上均应用了蜂窝密封[4。7]。相对于传统的迷宫密封而言，蜂窝密封不但具有较好的封严特性，还有优良的转子动力稳定性凹。¨。近年来，随着航空发动机工作参数的不断提高，由密封引起的泄漏损失越来越大，直接影响发动机的工作效率[12

5、。因此，蜂窝密

6、封的泄漏特性越来越引起人们的关注。目前国内外主要通过实验测量和数值模拟来研究蜂窝密封的泄漏特性。国外Stoker等[13-14]实验研究了蜂窝密封在不同密封间隙和蜂窝芯格直径下的泄漏特性。Schramm等[1明实验研究了蜂窝静子面对台阶式迷宫密封泄漏特性的影响。研究结果表明，蜂窝静子面对密封泄漏量的影响取决于蜂窝的结构和尺寸。Kool[16

7、、Paolillo等[173分别采用CFD方法与实验方法研究了阶梯状直齿与斜齿蜂窝密封在高温、高转速条件下的泄漏特性随转速的变化规律。研究结果表明，在较小转速与进口气流轴向速度比的条件下，泄漏收

8、稿日期：2016．06—07；退修日期：2016—07—06；录用日期：2016—07—17；网络出版时间：2016—08—0310：02网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929．V。201608031002．002．html基金项目：国家自然科学基金(11302133，51675351)；辽宁省自然科学基金(2015020113)*通讯作者．E-mail：phd—sundan@163com引用格武；孙丹．I猛飞，芰延廷，等j蜂窝密封泄漏特性理论s实验￡Jj．航空学报，2017，38(4)：420

9、512SUND，WANGMF，AIVT，eta1．Theoreticalandexperimentalstudyofleakagecharacteristicsofhoneycombsea旺JI．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(4)：420512．航空学报量受转速影响较小。国内关于蜂窝密封实验研究文献较少，大多采用数值方法研究蜂窝密封的泄漏特性。李军等[18。1列数值研究了汽轮机用转子面高低齿静子面蜂窝密封在不同压比条件下，蜂窝芯格孔径、孔深与转速对蜂窝密封泄漏特性的影响。晏鑫

10、E90-21]、李志刚啤3等数值分析了阶梯型蜂窝密封的泄漏特性及其影响因素。研究结果表明，蜂窝密封的结构参数对其泄漏特性的影响比较复杂，不是简单的线性关系。虽然国内外在有关蜂窝密封实验测量和数值研究方面分别取得了很多成果，但是能够将理