抽吸角度对高负荷、跨音速叶表附面层抽吸效应研究

以某跨音速高负荷压气机叶栅为研究对象,在其吸力面激波投射点下游40%弦长处设计了3种形式的抽吸孔,即顺流45°、逆流45°和垂直抽吸孔。应用数值模拟手段探索其来流超音速时合理的抽吸孔形式和抽吸方案,获取不同抽吸方案时叶栅性能以及流场细节,寻求叶栅性能与抽吸参数的最佳匹配。结果表明在该位置进行抽吸时,抽吸量是决定叶栅性能的主要参数,3种抽吸孔都表现为:①在抽吸量从0.1%到1.2%主流流量的增加过程中,相对于0.1%抽吸工况,叶栅出口马赫数降低17.5%、总压恢复系数提高5.5%、静压升提高8.6%、叶片负荷降低7.5%,但抽吸孔之前负荷增加,叶片负荷前移;②抽吸使得叶片表面激波投射点向下游飘移,激波强度略有增加,但使得其后附面层分离减弱,降低了叶栅损失;③抽吸使得叶栅出口流动更为均匀,尾迹亏损区减小。计算结果还显示3种孔表现出不同的抽吸性能,具体表现为:①随着抽吸量增加,其流量系数增加,但相同抽吸量时逆流45°抽吸孔流量系数始终大于顺流45°以及垂直孔;②顺流条件下,在抽吸孔入口的背风区形成较强漩涡,增加了孔内流动损失,降低了孔的有效流通面积;③随着抽吸角度从顺流45°向逆流45°变化,抽吸孔入口背风区漩涡逐渐消失,增强了其流通能力,降低了孔内流动损失。

蛇形进气道地面工作状态附面层抽吸试验研究

对一种蛇形进气道开展了地面工作状态下的抽吸试验研究,结果表明,在该状态下进气道出口截面的总压恢复系数较低、流场畸变较大。为此,本文采用附面层抽吸技术对其进行了地面抽吸状态下的流场控制试验研究。研究结果表明:(1)地面工作状态下,随着出口马赫数的增加,蛇形进气道出口截面的总压恢复系数不断下降,而稳态周向畸变指数、紊流度和综合畸变指数均上升,稳态径向畸变指数变化不大。本研究的蛇形进气道在出口马赫数为0.45时,总压恢复系数为0.90,综合畸变指数为13.85%,总压恢复较低,畸变较大,超出了一般航空发动机的承受范围。(2)与原型方案的地面抽吸试验结果相比,采用附面层抽吸技术后,进气道出口截面的总压恢复系数得到了提高。在出口马赫数为0.45,相对抽吸量为0.043时总压恢复系数提高了2.6%。

低速风洞均匀抽吸地板系统

在KD－03低速风洞中研制了一种附面层可人为地控制的均匀抽吸地板系统。在不同来流速度和不同抽吸系数条件下，对均匀抽吸地板上附面层速度分布进行了实验研究。实验结果与理论计算结果一致。在该地板上的高速列车模型风洞实验的结果与国外同类模型在移动带地板上的实验结果一致。利用均匀抽吸地板可有效地消除阻面层的影响，从而提高模型风洞实验气动力的试验精度。

利用均匀抽吸地板进行高速列车模型地板边界层影响的试验研究

在KD－03低速风洞中研制了一种边界层可人为控制的均匀抽吸地板。研究了在各种来流速度下均匀抽吸地板上边界层与抽吸系数的关系。在该地板上对高速列车模型气动力与地板边界层的关系进行了实验研究。对实验的几种模型状态，边界层吸除使列车模型所受阻力、负向升力和低头力矩均有明显增加，其增量与模型底部形状有关；在有侧滑角时，边界层吸除对模型气动力的六个分量均有影响。在没有边界层控制的固定地板上进行高速列车模型风洞实验，会使实验结果固边界层的影响而产生较大偏差。利用均匀抽吸地板可有效地消除边界层的影响，从而较准确地模拟地面效应的影响，提高高速列车模型风洞实验气动载荷的实验精度。而且，它的实验结果可为没有地板边界层控制装置的风洞中同类模型实验的边界层修正提供参考依据。

低速风洞均匀吸气地板下阻塞对地板边界层影响的研究

为了研究低速风洞地板下部阻塞对地板上表面边界层的影响以及控制方法,在国防科技大学KD-03低速风洞利用均匀吸气地板系统进行了实验研究。地板下部阻塞对地板上表面主流区的流动产生干扰,并影响边界层的分布和发展,随着地板下部阻塞度的增加,地板上表面边界层的厚度有增加的趋势;在某一阻塞度和吸气系数下,来流速度越大,地板下部的阻塞对主流区流动的影响越小;地板的均匀吸气使边界层的厚度显著降低,也有效减小因地板下部阻塞引起的主流区流动的不均匀性。该实验的研究结论为8m×6m风洞均匀吸气地板系统研制提供了参考。

高负荷扩压叶栅中附面层吸除技术实验研究

通过分析某高负荷压气机叶栅内部的流动状况,确定了端壁开槽吸气以及端壁与吸力面同时开槽吸气两种附面层吸除方案,并在低亚声速条件下进行了风洞吹风实验。结果表明,附面层吸除是一种提高高负荷压气机叶栅气动性能的有效措施,通过吸走附面层流体可以改善壁面附近流动状况,角区分离减弱,流道内高损失区范围减小。随着吸气量的增加,改善压气机叶栅性能的效果越显著。吸气方案不同,其作用机理也不一样。

高负荷吸附式压气机叶栅数值与实验研究

针对无通道激波单纯由强逆压梯度诱导的附面层分离进行了吸附式数值与实验研究.研究对象为某大转折角高负荷吸附式压气机叶栅,利用准三维叶栅通道计算程序(MISES)进行抽吸流场数值模拟,在确定抽吸位置后进行了风洞实验验证.结果表明:抽吸后总压损失系数大幅度降低,对于单纯由强逆压梯度诱导的附面层分离,最佳抽吸位置应该位于附面层分离之后尚未充分发展之处;在确定抽吸位置时可以根据设计状态的分离状况进行;实际中需要的抽吸流量小于计算值;在数值计算中,具体的抽吸模型还有待进一步改进和修正,以使数值模拟更加准确.

控制和减小丁坝下游回流影响的实验

流动边界出现凸出障碍物会引起边界层分离,导致回流发展、流态恶化、泥沙淤积等一系列问题。作者在50cm宽的水槽中进行了系列实验,用丁坝模拟凸出障碍物,采用"吸、喷"水方法。这样可以改变障碍物周围的水流流态,缩小其尾流回流范围,大幅度减少回流淤积,效果十分明显。根据大量实验数据得出了"吸、喷"流量大小与回流尺度减小和回流淤积减少的关系式。研究结果有重要的学术意义和很大的实用价值。

Aerodynamic Characteristic Research on Final Stage Stator of a Highly Loaded Fan

Due to corner separation and other complex three-dimensional flows existing in the highly loaded stator, which influences the fan performance significantly, highly loaded stator blades of a transonic fan with a maximum camber angle of 57° were studied in this paper and sector cascade experiment was adopted. In order to get the stator aerodynamic parameters as realistic as possible and conduct the experiment without the existence of rotor, an adjustable guide vane was designed to simulate the velocity magnitude and direction of the stator inlet flow. Results show that the adjustable guide vane can simulate the rotor outlet velocity direction and magnitude in most span range. The deviation angle is positive and the maximum value is nearly 21° because the severe separation is at 27% span. Corner separation exists on both pressure side and suction side and the location of separation initiation is determined. Finally, the stator blades were redesigned with some suction slots on the suction side. Experiment results show that the suction slots change the flow field structure, increase the capability of flow turning, and decrease the flow loss.