平面叶栅

摘要： 以大弯角静子叶型叶栅为对象,构造多种端壁吸气方案。引入密流比分布差作为衡量叶中截面流动二维性的新指标,在0.7马赫数下采用数值模拟方法研究吸气方案对平面叶栅叶中截面流动二维性的影响规律。研究结果表明:不同端壁吸气方案吸气使叶中截面总密流比为1时,叶片表面等熵马赫数分布与二维流动相差很小,但不同方案密流比分布与二维流动差异较大;端壁弦向槽位于叶片尾缘处,可有效控制角区分离,进而有效控制叶中截面密流比,并且达到较小密流比分布差。这种吸气方案可实现叶中截面流动与二维流动较好的一致性。

摘要： 在二维N-S方程求解器基础上发展了考虑平面叶栅轴向密流比(AVDR)的准三维数值模拟方法,利用DLRV2叶栅实验数据对该求解器进行验证。结果表明:该求解器计算准确性较高,AVDR对叶栅性能及流场影响较大,是不能忽略的因素。本文开发的求解器求解精度较高,收敛速度快,可满足平面叶栅数值仿真要求。

摘要： 3孔探针作为一种有效的二元流场测量工具,多配合位移机构用于叶栅性能的扫略采集,较少参与试验状态的控制。为评估3孔探针在平面叶栅试验状态控制中应用的准确性、稳定性,对栅前3孔探针进行了吹风校准,并通过其控制试验状态完成了平面叶栅试验,结合试验数据详细论证分析了其校准与使用方法以及不同控制方法对试验结果的影响,获得了提高栅前3孔探针试验状态控制稳定性的方法,并进行了试验验证。结果表明:在Ma>0.3时可通过静压拟合曲线的方法减小探针校准数据使用误差;探针校准时应以当地大气压作为探针静压参考值;使用栅前探针控制试验状态时,机械零点影响试验状态稳定性,可采用镜像曲线法修正以减小马赫数计算误差,进而提高控制精度。

摘要： 为了分析平面叶栅流场的非定常流动特性,采用延迟分离涡模拟方法(delayed detached-eddy simulation,DDES)对某亚声速叶栅流场进行数值计算。为了保证计算准确,首先进行了最优网格选择、物理时间步长无关性验证;并与基于SA(Spalart-Allmaras)湍流模型的雷诺平均N-S方程(reynolds-averaged navier-stokes,RANS)模拟计算结果、试验结果进行对比。DDES方法计算结果表明,随着攻角的增大,尾缘涡会逐渐由细长型转变为结构整齐,频率单一的对涡结构,当攻角继续增大,对涡结构变得越来越不整齐。当攻角增大到吸力面出现大分离时,对涡结构消失,脱落涡表现出很强的随机性,吸力面分离涡在向下游传播的同时向周向传播,对相邻叶片的涡量分布产生影响。在大攻角工况时,进口马赫数的变化对于吸力面分离涡,尾缘涡都产生非常大的影响。

摘要： 为了研究风扇转子叶片在遭遇外物损伤后所造成的叶片型面形变对压气机性能的影响,针对前缘遭遇缺口损伤型的压气机叶型开展数值仿真,分析了其整体气动特性及内部流场细节的变化规律。以某小型大涵道比涡扇发动机风扇转子叶片50%截面叶型为研究对象建立了叶栅模型,假定叶栅中间截面遭遇了球体正向撞击,并在其前缘形成了深度为1.2%相对弦长、宽度为2.5%相对叶高的表面缺陷。借助NUMECA Fine/Open软件包对前缘缺口型损伤风扇转子叶片50%截面叶型平面叶栅进行全通道数值模拟,研究区域共计包含6个叶栅通道,定量分析了损伤前后叶栅的气动特性变化及内部流场结构。结果表明:在来流马赫数为0.6下,前缘缺口型损伤在全攻角范围内增大了叶型总压损失系数,最大相对增大3.11%;扩散因子在前缘损伤后变大,最多增大13.5%。

摘要： 在压气机静叶叶栅端壁适当位置进行边界层抽吸,可以控制平面叶栅内的流动分离,提高平面叶栅的气动负荷。为考察抽吸槽道不同布置方案对平面叶栅气动性能的影响,在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心的跨声速风洞上,对不同抽吸槽道布置方案的压气机平面叶栅进行了吹风实验与数值模拟。结果表明:端壁边界层抽吸可以有效降低平面叶栅的总压损失,其效果与抽吸槽道布置的数量有关。

摘要： 平面叶栅气动试验传统上是验证压气机、涡轮的基元性能的主要手段,近年来国内外研究人员利用平面叶栅开展了大量的流动测量试验,以揭示叶栅内部复杂流动现象的本质和规律、探索减小叶栅内流动损失的方法.本文从试验装置、测试技术和研究内容三个方面,综述了近年来平面叶栅气动试验研究的进展情况.首先介绍了平面叶栅试验装置的发展及提高平面叶栅试验段流场品质的措施;其次介绍了叶栅气动试验采用的部分流场测试技术,包括叶片表面压力场、叶片表面温度场、内流速度场及流场可视化等测试技术,分析了这些测试技术的进展和存在的问题;然后梳理了近年来平面叶栅试验研究的相关科学问题及进展,包括跨音速叶栅中的激波研究,叶顶间隙泄漏流动研究,叶型优化研究,多尺度非定常旋涡结构研究,振动环境下叶栅流场研究等;最后对平面叶栅气动试验研究方向进行了展望.通过了解叶栅内复杂流动现象及本质,为进一步探索和提高压气机、涡轮的气动性能提供技术支撑.

摘要： 为满足先进涡扇发动机对变雷诺数平面叶栅试验的需求,设计了亚/跨/超声速来流高效变换、雷诺数和马赫数独立调节、压气机和涡轮平面叶栅试验为一体、换热与冷却试验能力兼具的变密度平面叶栅风洞,提出了风洞的总体设计方案。文章详细介绍了风洞引射器、半柔壁喷管及试验舱等部件设计问题,分析了流场调试及典型叶栅试验结果。调试结果表明:采用的部件设计技术实现了变密度平面叶栅风洞的主要功能,试验雷诺数可低至3.1×105 m_(–1),具备开展低雷诺数平面叶栅试验的能力。风洞流场调试结果满足《低速风洞和高速风洞流场品质要求》(GJB 1179A—2012),为研究亚/跨/超声速压气机和涡轮叶栅低雷诺数流动问题提供了重要试验平台。

摘要： 为了改善静子叶栅流场性能,设计了一种S型射流缝叶栅。通过对其不同进气攻角、来流马赫数下的流场进行数值模拟,并将其与带有直线型射流缝的叶栅和原型叶栅进行对比,结果表明:0°和-5°攻角时,叶栅开缝总压损失略微增大,但S型射流缝叶栅增大的损失较小,优于直线型射流缝叶栅;在15°攻角时,叶栅开缝射流能较大幅度减小总压损失,降低吸力面附面层厚度,抑制附面层分离,增加叶栅气流流通能力,改善流场结构,在射流缝入口马赫数相同时,S型射流缝出口气流马赫数相较直线型射流缝出口提高了45%,对角区分离改善情况更好,S型射流缝叶栅对流动情况的改善程度依然优于直线型射流缝叶栅。S型射流缝叶栅是一种优于直线型射流缝叶栅的射流缝结构。

摘要： 为改善平面叶栅风洞实验中叶栅流场品质,并明确上下侧板抽吸相关参数和了解侧板抽吸对流场的影响规律,采用数值模拟方法研究抽吸缝宽度与抽吸背压对流场品质的改善效果。研究结果发现:通过合理改变抽吸变量可有效改善叶栅中下部连续3个通道栅前流场均匀性与栅后流场周期性,使得进出口马赫数误差<0.01,气流角误差<0.5°,同时出口以T5通道为参照在相同误差范围内具有较好的周期性,从而明确对于栅前监控点位置的选择应位于T4~T6通道之间;抽吸缝为20 mm、抽吸背压为80 kPa时可以取得较好的流场品质且满足工程需求。

摘要： 本文结合平面叶栅流场测量控制系统的开发与实施,介绍了位移控制系统的设计、硬件组成以及软件实现等内容.实现了探针位置精准控制、自动跟踪气流、测量数据实时检测控制及故障分析与保护等的应用,结合平面叶栅试验测量数据,对栅前三轴伺服位移控制系统的实时性、稳定性和控制精度以及测量数据的准确度等进行了分析,结果表明:位移控制系统的准确度满足平面叶栅流场测控的技术要求.在实际应用中优势明显,使用效果良好.

摘要： 针对某航空发动机大弯角叶型,进行了平面叶栅试验研究;分析了叶栅试验中发现的一些问题,同时,对叶栅内部流动进行了数值模拟.

摘要： 探针自动跟踪系统是平面叶栅流场测量控制的核心,结合平面叶栅流场测控系统的设计、硬件组成及软件实现等内容,通过新旧系统的性能对比,结合试验数据,并对探针自动跟踪系统的构成和特性进行了分析;同时对自动跟踪系统测量角度的不确定度进行了评定,结果表明测控系统精度满足平面叶栅流场精细化测量的技术要求.在实际应用中优势明显,使用效果良好.

摘要： 通过对某平面叶栅按照相似理论进行几何缩放,使用CFD软件对几何相似的叶栅进行了一系列的三维数值模拟.在排除计算网格对数值模拟结果的影响的前提下,详细比较分析了几何缩放前后平面叶栅气动性能的差异,以及叶片表面各边界层厚度、边界层雷诺数、形状因子、分离点位置的变化规律.结果表明:几何缩放对平面叶栅的气动性能有较大的影响.几何相似的平面叶栅,叶栅沿吸力面形状因子的变化趋势相同,而叶栅尺寸越大,同一相对弧长位置处形状因子越小,分离点的位置越靠后,使得出口总压损失系数更小,静压升系数更大.

摘要： 在低速风洞实验台,对具有不同深凹槽结构平面叶栅在不同间隙尺度条件下的流动特性进行了实验研究.实验采用五孔气动探针和高灵敏度及高精度的压力扫描阀测量了叶栅出口截面的气动参数,得到该截面总压损失分布云图,并在叶栅端壁和叶片表面进行墨迹显示.结果表明,深凹槽式叶顶结构应用于本文研究的叶栅上是可行的.不同形态的叶顶结构当间隙较大时泄漏损失增加,此时泄漏流某种程度上抑制通道涡的生成并减弱其损失.深凹槽尾缘开口有利于降低叶顶间隙泄漏损失,凹槽前缘开口对前缘附近局部流动产生一定影响,但是对整个流动通道涡生成影响不如泄漏流作用强,并且尾缘开口与前缘开口开度的匹配对叶顶间隙泄漏损失有明显的影响.

摘要： 采用数值模拟和实验方法,对比分析了不同端壁间隙下平面叶栅攻角损失特性与角区流动结构的关联.各间隙情况下,当来流攻角大于某一数值时,大尺度三维角区分离的发生使得叶栅总压损失呈突跃式增加.小于该来流攻角时,无间隙叶栅损失最小.大于该来流攻角时,无间隙叶栅损失最大.分析表明,间隙的存在同时对上下端壁附近的分离流动产生了一定的抑制效果.

摘要： 平面叶栅实验能够直观有效地评定叶型气动性能并验证设计方法,是高性能压气机叶栅设计的重要环节,在叶栅性能基础研究中有重大意义.基于高亚音速叶栅风洞,本文对某压气机原始叶型及其优化叶型进行了平面叶栅实验,对两套叶型的尾迹总压、表面马赫数等参数的分布进行了测量,对比了两套叶型流动特征.实验结果表明:优化叶型对正攻角更敏感,表现出较好的负攻角特性;原始叶型对负攻角更加敏感,表现出较好的正攻角特性;在优化叶型的设计点(1M a=0.7,i=2.5°),优化叶型低总压损失范围较宽且偏向负攻角区域,在0°～2.5°攻角范围总压损失基本不变,其中在设计攻角2.5°时总压损失最低,总压损失系数为8.21％,比原始叶型减少了1.08％;在原始叶型的设计点(1M a=0.5,i=2.5°),优化叶型总压损失有较小增加,但是低总压损失范围向负攻角方向明显扩宽.当进口马赫数超过0.7后,原始叶型总压损失急剧增大,可以预判气流已经分离,而优化叶型的损失增加较为平缓,原始叶型受马赫数影响更加显著.原始叶型在整个轴向弦长范围内静压更低,表面等熵马赫数更高,叶片气动负荷更大,优化叶型由于前缘吸力面加速较快,实验测量时并未捕捉到吸力面加速的过程,但优化叶型减速扩压过程更缓.

摘要： 结合平面叶栅纹影光谱的理论分析,通过对平面叶栅流动显示纹影干涉光谱和彩色光谱特征点的提取,对航空有机玻璃材料加工后的残余应力进行了分析论述,找出有试验件加工工艺存在的缺陷,并提出了完善工艺流程的具体步骤,以保障试件加工质量,满足平面叶栅流场精细化测量的技术要求.

摘要： 三孔探针在平面叶栅出口流场测量试验中发挥着重要作用,其校准数据质量直接关系到叶栅性能参数测量的准确性,以前主要通过观察三孔探针校准曲线来定性地评价校准数据质量.针对某支校准曲线特性良好的探针在VKI-1标准叶栅试验中测量结果不准确的问题,提出了一种可在试验前量化评价校准数据和筛选三孔探针的新方法,从而提高了试验效率和测量准确度.

摘要： 采用SST湍流模型加Gamma-Theta转捩模型对6通道压气机平面叶栅进行了大攻角条件下的非定常数值模拟计算,研究了大正攻角条件下平面叶栅的叶顶泄漏流、吸力面分离流和端壁二次流的流动形态和演化特点,分析了不同叶高位置处分离流以及叶顶泄漏流的非定常特性,总结了端壁二次流与叶顶泄漏流之间相互作用规律.

摘要： 本发明提供了一种孔槽结构抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅弯曲尾板，用于改善抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅尾迹流场。主要由内侧弯曲型面尾板和尾板上孔状或槽状镂空结构构成，其中所述内侧弯曲型面尾板包括直线段、二次曲线段两部分几何结构，所述尾板上开设有孔状或槽状镂空结构。在高马赫数较大负攻角试验工况下，采用尾板弯曲型面和尾板上孔状或槽状镂空结构能够避免尾迹在脱离尾板进入抽吸通道时发生过膨胀现象。两种结构使得尾迹在尾板结束段压力升高到接近出口抽吸管道压力，避免在脱离尾板时出现过膨胀现象，从而避免破坏涡轮平面叶栅周期性，同时计算发现使用弯曲尾板对其他马赫数不同攻角工况不产生恶化。

摘要： 本发明公开了一种用于平面叶栅高空流动模拟装置的稳定段。该稳定段为柱形体，沿气流方向，从前至后依次包括整流段和静流段，静流段上固定有探针座；整流段和静流段之间通过止口定位、法兰连接；整流段采用双层套筒结构形式，外层为承压壳体，内层沿气流方向，从前至后依次包括压环、烧结丝网、蜂窝器和阻尼网；外层内壁上设置有线性滑轨，内层外壁上设置有线性滑块，内层通过线性滑块沿线性滑轨前后移动；外层与内层之间通过止圈定位，通过压环上的内六角螺栓固定。该稳定段结构简单，更换方便，维修便捷，能够节省试验准备时间，提高试验效率。

摘要： 本发明提供了一种孔槽结构抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅弯曲尾板，用于改善抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅尾迹流场。主要由内侧弯曲型面尾板和尾板上孔状或槽状镂空结构构成，其中所述内侧弯曲型面尾板包括直线段、二次曲线段两部分几何结构，所述尾板上开设有孔状或槽状镂空结构。在高马赫数较大负攻角试验工况下，采用尾板弯曲型面和尾板上孔状或槽状镂空结构能够避免尾迹在脱离尾板进入抽吸通道时发生过膨胀现象。两种结构使得尾迹在尾板结束段压力升高到接近出口抽吸管道压力，避免在脱离尾板时出现过膨胀现象，从而避免破坏涡轮平面叶栅周期性，同时计算发现使用弯曲尾板对其他马赫数不同攻角工况不产生恶化。

摘要： 本发明针对不同叶顶结构的平面叶栅实验流场测量的需求，并基于现有实验台的结构以及尺寸，公开了一种应用于二维涡轮叶型平面叶栅叶顶间隙调整装置，可精确控制平叶顶或叶顶密封结构的间隙大小。本发明通过调节螺栓引导带有密封圈的矩形活塞平行滑动，从而实现对不带冠叶片的叶顶间隙或叶冠结构篦齿间隙大小的控制并防止气体泄漏。通过在透明活塞底座外围印上刻度，实现对密封间隙尺度的精确控制。通过光滑定位圆柱与螺栓连接活塞底座和顶板，确保叶顶间隙在调整过程中的均匀分布。这种构型相对简单，能在确保实验台流场品质的基础上实现叶顶间隙的精确控制，特别适用于高压涡轮叶顶泄漏或低压涡轮叶冠容腔密封结构的气动性能以及流场机理研究。

摘要： 本发明公开一种可连续变叶顶间隙的平面叶栅试验装置及试验方法，包括叶栅试验件、安装架，安装架包括设置有测试面，安装架内设置有空腔，还包括驱动装置。包括以下步骤：步骤S1：设定叶栅试验件顶部距离测试面的距离为h0；步骤S2：设定直线电机运动端向靠近测试面运动时的运动行程﹢S，设定直线电机运动端向远离测试面运动时的运动行程‑S；步骤S3：当直线电机向靠近测试面运动时的叶栅试验件的高度H=h0+S,当直线电机向远离测试面运动时的叶栅试验件的高度H=h0‑S。有效的实现所需研究的叶顶间隙范围内连续调节；能够用于研究叶顶间隙变化过程的瞬态气动特性；研究叶顶间隙方案的试验研究时，不用更换试验件，可显著缩短试验时间。

摘要： 一种基于生成式对抗网络的平面叶栅定常流动预测方法，首先，对平面叶栅CFD仿真实验数据进行预处理，在仿真实验数据中划分出测试数据集和训练数据集。其次，依次构建Encoding‑Forecasting网络模块、构建深度卷积网络模块、构建生成式对抗网络预测模型。最后，在测试集数据上进行预测：对测试集数据采用相同方式进行预处理，并按保存的最优的预测模型的输入要求调整数据维度；通过预测模型得到进气攻角为10°时的平面叶栅流场图像。本发明能够有效避免轴流压气机内部传感器测量范围有限的问题，其预测结果与CFD的计算结果高度吻合，具有较高的预测精度；基于数据驱动，通过训练不同数据集可以将模型方便地应用于不同叶型的轴流压气机的流场预测中，具有一定的普适性。

摘要： 本发明公开了一种抽吸式跨声速平面叶栅试验台进气装置，包括进气前段、进气中段和进气尾段，所述进气尾段设有PIV示踪粒子投放器，所述PIV示踪粒子投放器的横向截面上具有迎向进风来向的迎风面和背离进风来向的背风面，所述迎风面的横截面曲线为弧线，背风面的横截面曲线为由所述弧线的两端逐渐向后缩小的结构，缩小结构的端部设有PIV示踪粒子投放器的粒子投放出口；本发明采用三段式结构，组装加工均较为简单，同时，优化PIV示踪粒子投放器的型线构造，实现了PIV示踪粒子的快速均匀掺混，保证了抽吸式跨声速平面叶栅风洞对均匀来流的要求；本发明很好的在不改变进气流场均匀性的前提下在抽吸式跨声速平面叶栅试验进气装置中加入了PIV示踪粒子投放装置，该方案具有结构简单、容易实施等诸多优点。

摘要： 本申请提供一种平面气动性能确定方法、装置、存储介质及设备，获取平面叶栅预设入口马赫数，设置出口反压初值；将所述预设入口马赫数输入第一函数模型，引用出口反压初值进行迭代计算，并获得出口反压；根据所述出口反压得到平面叶栅的实际入口马赫数；根据所述实际入口马赫数得到所述平面叶栅的气动性能。该方法通过构建出口反压与预设入口马赫数的函数关系，自动调节出口反压，得到入口马赫数，整个流程完全自动化调节出口反压的数值，无需人为干预，并且能够在与传统方法相近的计算量情况下获得更高精度的入口马赫数以及更高精度的平面叶栅总压损失，提高平面叶栅气动性能的计算精度。

摘要： 本发明公开了一种压气机平面叶栅试验台舌板结构，所述舌板结构包括平行设置于试验段进口的上侧舌板和下侧舌板；试验段进口与叶栅的侧壁叶片通过弯折段连接；所述叶栅包括若干阵列设置于栅板上的弧形叶片；所述舌板与侧壁叶片接触的一端弯折段向试验段进口流场内呈一定角度弯折；在进行压气机平面叶栅试验尤其是来流速度较低工况下的试验时，试验台两侧舌板壁较长，边界层由试验段进口发展至叶栅通道进口时较厚，从而导致两侧壁叶片攻角与中间叶栅通道不同，另一方面叶栅通道两侧壁面处局部流场的流动分离会影响中间叶栅通道导致周期性不够理想；通过弯折舌板端部几何可以对两侧侧壁叶片处流场进行微调，进而影响中间叶栅通道流场并进一步改善周期性。

摘要： 本实用新型公开一种可连续变叶顶间隙的平面叶栅试验装置，包括叶栅试验件、安装架，安装架包括设置有测试面，安装架内设置有空腔，还包括驱动装置。有效的实现所需研究的叶顶间隙范围内连续调节；能够用于研究叶顶间隙变化过程的瞬态气动特性；研究叶顶间隙方案的试验研究时，不用更换试验件，可显著缩短试验时间。