跨音速涡轮叶栅风洞设计及其流场周期性研究

1144766066 · 发表于 2022-5-12 09:28:48

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平面叶栅风洞作为一种基本的气动性能验证平台，在航空发动机研制过程中发挥着重要的作用。为了给跨音速涡轮叶栅风洞实验段设计更合理的进出口流场环境，本文研究了多种收缩段设计方法及改善叶栅流场周期性措施，并将其应用到跨音速涡轮叶栅风洞的设计中。研究内容如下：（1）在维氏曲线、五次曲线、双三次曲线三种收缩段型线设计方法中，双三次曲线设计方法设计的三元收缩段的出口流场品质最好，尤其是当连接点选在0.2时。（2）设计了两个平面叶栅风洞的主体系统，包括气动设计和结构设计。气动设计主要是估算了平面叶栅风洞各部分的速度、马赫数及损失等；结构设计中主要设计扩压段、稳定段、收缩段和实验段四部分结构。（a）考虑实验室整体布局及扩压段损失，大流量叶栅风洞设计最大扩张角为8.2°，损失系数为0.17；小流量涡轮叶栅风洞扩张角设计为6.8°，损失系数为0.053；（b）稳定段分别为800mm×800mm的方截面和直径600mm的圆截面，进口安装蜂窝器和纱网，出口安装纱网；（c）收缩段采用双三次曲线设计方法设计，连接点取0.3；（d）两个风洞中采用圆盘结构来实现攻角变换，采用尾板调节流场周期性。（3）研究了在实验叶片数量有限的情况下，通过安装合理结构的尾板来提高叶栅流场周期性。采用数值模拟的手段，分析了有无尾板、尾板空隙率、尾板安装角度、尾板的厚度对叶栅流场周期性的影响，获得了以下结论：（a）合理得安装尾板能有效地提高叶栅流场周期性；（b）对尾板进行开槽处理会影响叶栅流场周期性，其最佳空隙率为0.15；（c）尾板的安装角和厚度均会影响叶栅流场周期性，且其存在一个最佳值。在当前研究范围内，最佳安装角为与叶栅出口气流角方向一致，最佳厚度为3mm；（d）在不同的攻角下，尾板的最佳空隙率、安装角、厚度是一致的；而当叶栅出口等熵马赫数从1.35降到1.22，尾板空隙率的影响随着马赫数的减小而降低。

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