有关轴流压气机效率问题的探讨

轴流压气机试验时,温升效率与扭矩效率之间的偏差给准确评估试验结果造成了一定影响。本文基于大量试验数据的统计归纳,开展了温升效率与扭矩效率的对比校核,给出了效率偏差量与流量、温升以及功率之间的统计分布规律;对压气机级间引气试验中的效率计算进行了探讨,在此基础上给出了考虑引气影响的效率修正公式,并利用试验数据对该公式进行了验算,其结果表明在一定范围内对轴流压气机试验的效率准确计算有一定参考价值。

多级轴流压气机级间参数测量的试验研究

较详细地介绍了某多级压气机修改前后,利用叶型受感部测取各级转子出口总压、总温分布的试验方法和结果。试验结果证明该方法是可行的,得到的转子出口流场数据是可信的。叶型受感部较大限度地降低了插入式探针对转子出口流场的干扰,为研究多级压气机级间匹配关系探索了一种新的测量方法。

排气容腔对压气机性能试验结果的影响分析与验证

完成情况简介：本项目对某型高压压气机和某型七级压气机在不同排气容腔下进行了性能补充试验，录取了压气机的稳态性能数据和部分失稳状态参数。利用频谱分析技术对喘振信号进行了分析。完成了一维喘振与容腔作用的模型构建，对某七级压气机进行了不同容腔下的特性计算，并与试验结果进行了对比。从研究结果看，本研究方法得到的压气机计算结果与试验数据有相当好的一致性。压气机排气容腔的大小对压气机稳定边界起很大的作用，特别是在低转速下有着很大的影响。大容腔下，喘振频率降低，能量加大。采用频谱技术分析压力脉动很有效，脉动压力自相关函数较为准确地反映了动叶端部出口的流动特征，其特征值可以量化端部流动的差异。

叶型探针对轴流压气机性能试验结果的影响

基于近年来所录取的大量压气机试验数据,详细分析了叶型探针对轴流压气机各项性能参数的影响,并对某型低负荷轴流压气机进行了稳定性试验,比较了80%设计转速下压气机在安装叶型探针前后稳定裕度的变化。结果表明:叶型探针对轴流压气机设计与非设计状态性能均会产生一定的负面影响,对于静叶高度不低于20mm的轴流压气机,其性能数据测量误差范围约在2%以内;压气机级增压能力所受到的影响程度与流道堵塞比有关,堵塞比越大,级静压比下降越多;安装叶型探针后,压气机的失速点流量增加,稳定裕度降低。

叶型探针对压气机叶栅气动性能影响的试验与数值研究

利用平面叶栅风洞,开展了安装叶型探针的压气机叶栅吹风试验。通过测取不同工况下叶片表面压力、栅后尾迹等气动参数,分析了叶栅在安装叶型探针前后的性能变化。同时,采用数值模拟方法,对前缘探头绕流旋涡在叶栅流道内部的发展演变规律及其损失特性进行了探索。研究结果表明:①探针对叶栅局部流场的扰动作用比较明显,其影响特性与叶栅工作状态相互关联;②探针对其所在叶片以及相邻两侧叶片总压损失系数的影响程度随来流攻角发生显著变化;③安装探针后,栅后尾迹与主流掺混作用加强,导致尾迹沿周向存在较为严重的扩散作用;④负攻角条件下,前缘实体探头会诱导叶片出口靠近叶盆表面出现一定强度与尺度的涡系结构。

两类叶型探针对扩压叶栅流场影响的对比

为评估叶型探针安装结构的流场适应性,采用性能试验与数值模拟的方法,对比研究了两类叶型探针(A类、B类)对扩压叶栅内部流场的影响。结果表明:对于叶栅通道内没有激波的亚声流场环境,A类探针的综合影响程度略小于B类探针,而对于叶栅通道内会形成强激波的跨声流场环境,A类探针的综合影响程度要大于B类探针;两类叶型探针所诱发的绕流涡演化机制基本相同,但B类探针绕流涡尺度更大,在亚声速扩压叶栅中会带来更大的总压损失。

三级增压级试验件性能试验研究

本文针对大涵道比涡扇发动机增压级部件关键设计技术,对某型三级增压级试验件进行了总性能试验、级间参数测量试验、进气压力畸变试验以及声学测量试验等多项研究,深入分析了其试验数据。试验结果表明:增压级性能在全工况下达到或超过设计要求,级间匹配性能良好;综合畸变指数随着进口马赫数的增加而增加,跟均匀进气时相比,畸变时稳定工作边界向右下方偏移,喘振裕度相应减小;低转速时,增压级噪声的主要成分是叶片通过频率(BPF)及其谐波,但在低频区间上,许多离散的非BPF谐波分量也具有很大幅值,随着转速的提高,噪声频谱中的主要成分更加集中到BPF及其谐波分量上。

进气压力畸变对某三级风扇流场的影响

介绍了在某三级风扇上进行的固定式插板畸变试验,并详细分析了进气压力畸变对进、出口稳态压力和温度的影响。同时,采用频域和幅值域分析方法对脉动压力进行了分析,给出了脉动压力功率谱密度、幅值概率密度和自相关、互相关分析。

平面叶栅中两类叶型探针影响特性的对比研究

采用平面叶栅吹风试验方法,针对压气机叶栅中两类叶型探针(A类、B类)的影响特性进行对比研究,在整理分析原型叶栅变工况流动特性的基础上,从叶片表面等熵马赫数、总体性能参数与栅后尾迹等三个层面详细考察了两类叶型探针的影响程度及变化规律。研究结果表明:对于叶栅通道内没有激波的亚音流场环境,A类探针的综合影响程度略小于B类探针,而对于叶栅通道内会形成强激波的跨音流场环境,A类探针的综合影响程度要大于B类探针;A类探针对叶栅出口尾迹分布的扰动作用大于B类探针,预示在压气机多叶排环境下B类探针的工程适用性更好。

尾流激振对转子叶片振动应力影响试验研究

利用一台单级风扇试验件,通过对零级导叶尾流参数和转子叶片振动应力的测量,研究了尾流激振强度及叶片振动应力的变化特性,分析了零导安装角和零导与转子之间的轴向间距对转子叶片振动应力的影响。试验结果表明:等转速线上随工况点向失速边界移动时,零导总压损失系数急剧上升,转子叶片振动应力不断增大;打开零导安装角或减小零导与转子之间的轴向间距均能增大下游转子叶片的振动应力。

基于试验数据的轴流压气机喘振边界经验预估方法

从压气机特性计算统计法的基本思想出发,对多台轴流压气机喘振试验数据进行了整理分析,总结了同类型压气机喘振边界上参数变化的一般规律,在此基础上,将压气机设计转速下的喘振参数与其非设计转速下的喘振参数进行相互关联,提出了一种基于试验数据的轴流压气机喘振边界经验预估方法。通过与试验结果的详细对比,表明本文所建立的经验方法能够较为合理地预估轴流压气机喘振边界的变化趋势,基本满足工程使用的需要,可为试验人员顺利录取喘振边界提供一种有效辅助手段。

高性能前掠三级轴流风扇的设计与试验研究

本文介绍了一台高性能前掠叶型三级轴流风扇的设计与试验研究。该风扇以某涡扇发动机为验证平台,全新设计一台三级风扇代替该发动机原四级风扇,并提高性能。新设计的输入条件为:保持原四级风扇的进出口几何尺寸、总压比、转速和喘振裕度,效率不低于原四级风扇试验值。设计中采用了叶片掠型设计、叶片三维成型技术和三维气动设计分析等先进技术。试验结果表明,新设计的三级风扇流量增加了8%,效率提高了3.5%,超过了设计指标。该新三级风扇串装于某发动机顺利完成地面试车,其不加力最大推力增加464 daN,超过了原计划增加200 daN的指标。

容腔效应对压气机压力脉动影响的分析

对2台压气机在不同排气容腔下进行对比试验,利用高频响动态压力传感器测取了压气机进口、出口和1级转子出口的壁面静压脉动,并采用时域和频域分析方法对不同出口容积下的压力脉动进行了分析,给出了压力脉动时频图、三维功率谱和自相关、互相关分析。

加温加压压气机试车台在发动机研制中的作用

航空发动机关键部件试验研究是航空发动机研制工作中的重要一环。本文简要概括了航空发动机三大部件之一的压气机部件在研制中须开展的试验研究工作,介绍了国内外压气机部件试验研究现状,分析了加温加压压气机试验器在压气机部件研制中的地位和作用,最后介绍了中国燃气涡轮研究院加温加压压气机试验器建设的设想。

多级压气机改进设计的性能试验

针对某型多级压气机的改进设计进行性能试验,验证了两种一维计算程序在多级压气机特性预估方面的能力,对比了压气机改进设计前后性能特性的变化,并对其内部流场测量结果进行了初步分析。试验结果表明:一维计算特性与试验特性吻合较好;改进后的压气机在总级数减少一级的基础上,不但保持和提高了原型机设计转速时的高效率和高喘振裕度,并且较大幅度地改善了中低转速时的性能,改进设计工作是成功的。

多级轴流风扇的性能试验与流场分析

针对某型四级轴流风扇改进设计的需要,通过试验详细测量了风扇的总性能特性,并利用三维流体计算软件NUMECA对设计转速下的部分典型工况进行了数值模拟。研究了风扇总性能和级性能的变化,对比分析了设计工况和近失速工况的流场特征。结果表明:风扇呈现出典型跨音速风扇设计的特点,计算结果与试验数据吻合较好,设计转速下,第三级转子通道中的激波被推出通道是导致失速产生的主要原因。本文结果可为该型风扇的改进设计提供参考。

小型探针在小尺寸压气机性能试验中的应用

根据某小尺寸压气机试验测试的需要,先后研制了两种(1#、2#探针)结构形式的总压、总温复合探针。分别介绍了两种探针的优缺点和校准结果,并对探针进行了数值模拟和出口流场测量,对比分析了两种探针测取的总压、总温及总性能间的差异。结果表明:两种探针均能满足小尺寸压气机出口流道堵塞比要求,有效地测取出口流场参数。

压力畸变动态数据的数字滤波处理方法

在畸变试验的动态数据采集中,背景噪声和其他干扰信号常常伴随有用数据进入采集系统,为了较准确地获取有用数据,必须对原始数据进行数字滤波处理。本文主要介绍在数字滤波器的设计中,其参数选择对数据处理结果的影响。

静叶角度调节对压气机性能影响的试验研究

本文介绍了通过调节一三级轴流压气机各级静叶角度组合,以改善级间匹配关系,从而来提高压气机性能的试验研究方法和过程。试验结果表明,静叶角度的改变对压气机性能有着极为明显的影响。通过试验,找到了该压气机在设计转速下的一组最佳角度匹配。最高绝热效率提高了7.4 个百分点。

叶型探针对跨声压气机性能影响的数值模拟

为揭示叶型探针对跨声压气机气动性能影响的物理机理,采用三维数值模拟方法,通过构建带多点实体探头的1.5级压气机计算模型,详细研究了设计转速下压气机在安装探头前后性能特性与内部流场的变化规律。结果表明:级间局部静叶安装探头后,压气机下堵点流量减小0.1%,最高效率降低0.4%,失速点流量增大0.15%;由压气机工作点改变所引起的静叶攻角变化是影响叶片表面两侧探头绕流尺度的重要因素,并且探头绕流影响程度与静叶气动负荷存在较高的关联度;探头大尺度绕流加剧下游转子叶背根部附面层径向迁移与分离是导致该型压气机气动失稳提前的主要原因。