关于叶片前缘加工缺陷及气动合格性的探讨

为了指导压气机叶片前缘的精细化加工,以某高亚声速压气机叶型为研究对象,基于叶片前缘的实际加工过程,建立“过切前缘”与“欠抛前缘”2类典型加工缺陷模型,并采用数值模拟方法研究了不同形式、不同大小、不同位置的前缘缺陷对气动合格性的影响。研究结果表明:前缘过切角度是影响叶片气动合格性的重要因素。随着过切角度的减小,叶片的气动不合格性逐渐增大。不同位置的前缘缺陷对叶片气动合格性的影响与来流攻角有关。叶片前缘双侧加工缺陷对气动合格性的影响要高于单侧前缘加工缺陷。对于“过切”和“欠抛”前缘缺陷,均存在前缘实际轮廓满足加工公差要求,但叶片气动合格性不满足设计期望的情况。所获得的前缘加工缺陷影响规律可用于指导前缘精细化加工以及制定叶片前缘质量评判标准。

一种鲁棒的数据驱动不确定性量化方法及在压气机叶栅中的应用

发展了一种基于预处理矩阵的数据驱动不确定性量化算法,以解决实际工程中面临的实测数据稀缺及分布形式复杂的不确定性量化问题。通过鲁棒性分析、正交基函数的重构、非线性测试函数验证了所发展方法的有效性和精度。基于实测的叶片前缘半径和来流攻角随机波动数据,以某高亚声速压气机叶栅为研究对象,采用自主发展的不确定性量化方法定量评估了不确定性因素对叶栅气动性能的影响。结果表明:在设计攻角和大攻角下叶栅真实的总压损失系数高于名义值的概率分别为83.6%和69.9%;大攻角工况下叶栅总压损失的分散度约是设计工况下的2.4倍;前缘半径耦合来流攻角的不确定性引起前缘绕流发生较大波动,是导致叶栅总体性能退化及性能分散的主要原因。

钝头前缘加工不确定性对亚声速压气机叶型气动性能的影响

为对压气机叶片前缘的精细化设计与制造提供有力参考,以某高亚声速压气机叶型为研究对象,基于非嵌入式多项式混沌方法,定量评估了钝头前缘加工不确定性对叶型气动性能的影响。结果表明:在全工况范围内,钝头前缘加工误差恶化了叶型的平均性能;在7°攻角下,叶型气动性能的波动幅度最大。在设计攻角下,钝头前缘的加工不确定性导致叶型平均损失增加18.7%,平均静压比降低1.2%。在7°攻角下,叶型总压损失系数的波动幅度是设计攻角下的4倍。根据叶型气动参数对钝头前缘加工误差的敏感性分析结果,发现两者呈现近线性关系。通过叶型流场的不确定分析可知,钝头前缘加工误差对前缘绕流影响显著,进而导致叶型吸力侧损失和尾迹掺混损失增大。分析了不同前缘加工公差下钝头前缘对叶型的不确定性影响,确定了前缘抛光的加工公差范围。

等离子体控制下前体分离涡的研究

在圆锥-圆柱组合体模型半顶角为10°的圆锥前体尖端附近布置介质阻挡放电等离子体激励器,采用正弦波高压电源进行等离子体定常开/关激励。实验在3.0m×1.6m的直流式风洞中进行,迎角固定在45°,基于圆锥前体底面直径的实验雷诺数为5×10-4。对模型表面周向压力分布进行了测量,同时对测压截面处的空间涡流场进行了粒子图像测速。通过对截面压力分布和空间流场的PIV结果的分析,给出了侧向力、涡核中心位置、轴向涡量、涡核半径、次涡核半径、旋涡最大切向速度、环量等参数随等离子体激励的变化特性。结果表明：在等离子体激励的作用下,同侧的分离剪切层及其卷起的涡向外侧移动,同时另一侧的向着靠近模型的方向移动。同时激励器的作用使左舷侧涡心位置偏离次涡核的几何中心,且使得双侧的涡核和次涡核的尺寸增大。

圆锥前体涡的等离子体控制特性及机理

在半顶角为10°的圆锥前体尖端处布置一对等离子体激励器,通过占空循环控制技术实现了对圆锥前体力和力矩的近似比例控制,并对流动控制机理进行了讨论。采用静态和动态压力测量实验技术对圆锥前体各测量截面轴向压力分布进行测量,并对流场旋涡结构变化进行了二维粒子图像测速。实验在3.0m×1.6m低速低湍流度风洞中进行,迎角45°,基于圆锥段底面直径的雷诺数为5×104。实验结果表明,等离子体激励器关闭时圆锥前体涡流场非对称,当左、右舷等离子体激励器开启时,涡流场在双稳态之间转换;在占空循环控制下,不同周期同一相位的平均压力结果表明涡流场具有一定的周期性并且在2个稳态之间平缓变化,但变化幅度较原来的双稳态小。

固定转捩实验中粗糙带破损对翼型气动特性的影响研究

本文以RAE2822翼型前缘7%位置3mm宽的金刚砂粗糙带为例,研究了粗糙带破损对翼型压力分布的影响。实验结果表明:粗糙带破损会引起激波位置小幅移动,而对翼型后缘压力分布影响很小。当Ma=0.5时,粗糙带破损对升力系数的影响很小;在α≥4°以后粗糙带破损对阻力系数和俯仰力矩系数的影响逐渐增大,且破损位置距翼型中心对称面越远,影响越小。当Ma=0.75时,粗糙带破损对升力系数与阻力系数的影响直到α≥4°后开始逐渐增大,并且随着破损位置远离中心对称面而减弱;俯仰力矩系数对粗糙带破损较为敏感,且粗糙带破损的位置距离中心对称面越远、尺寸越小则影响越小。

纳秒脉冲等离子体对静止大气的激励特性

应用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体激励对静止大气进行诱导,分别使用交流(alternative current,AC)等离子体电源和纳秒脉冲(nanosecond pulse,NS)等离子体电源进行激励。激励器放置在600 mm×500 mm×500 mm的光学玻璃箱内。利用粒子图像测速技术(PIV,particle lmage vbelocimetry)对激励器周围的诱导速度场进行了测量,给出了时间平均速度分布结果。实验结果表明:纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体(NS-DBD)对静止大气的时均诱导效应和连续交流介质阻挡放电等离子体(AC-DBD)类似,都是以壁面诱导气流的形式出现,激励电压越大,壁面射流诱导速度场范围及最大诱导速度越大;AC-DBD等离子体激励产生的诱导速度场由裸露电极指向覆盖电极,最大诱导速度约为4 m/s;而NS-DBD等离子体激励在激励器顺电势和逆电势方向均有诱导速度,且主要诱导速度场出现在激励器逆电势方向;NS-DBD的最大诱导速度约为0.3 m/s;从对静止大气的诱导速度场大小来看,纳秒的动量输入几乎可以忽略不计。

单侧脉冲放电等离子对圆锥前体的流动控制

应用单侧脉冲放电等离子体对细长圆锥前体非对称涡进行了主动流动控制研究。通过风洞试验,对不同截面的周向静态压力分布和动态压力变化进行了测量。同时,对不同截面的周向压力分布进行积分,计算其当地侧向力、当地侧向力增量以及圆锥段侧向力和偏航力矩。研究结果表明,通过单侧脉冲放电可以实现对细长圆锥前体侧向力和力矩的比例控制,并且具有良好的线性度。第八截面动态压力数据的全时间平均和相位锁定平均都达到了收敛。通过比较第八截面相位锁定平均下的压力分布,得出流场的响应滞后于此次50Hz的脉冲调制频率。