[发明专利]一种扇形叶栅试验器及改变扇形叶栅进气角的方法

说明书

本发明涉及一种扇形叶栅试验器及改变扇形叶栅进气角的方法，主要应用于涡轮机气动试验技术领域。该试验器至少包括一个扇形叶栅和实验段，所述扇形叶栅包含扇形盘和安装在扇形盘上的叶片；所述实验段为内表面连续、光滑无褶皱的流道。实验段至少上曲板或下曲板包含积木单元，积木单元相互拼接。该方法可方便改变扇形叶栅气流入口角又可保障气流品质。本发明由积木单元拼接出的流道可给下游的扇形叶栅提供不同的进气角。并能以很小的分度角灵活地调整，降低了制造多个过渡段的材料、工艺成本，缩短了实验准备时间，会拓展扇形叶栅的用途。

技术领域

本发明涉及一种扇形叶栅试验器及改变扇形叶栅进气角的方法，主要应用于涡轮机气动试验技术领域。

背景技术

扇形叶栅入口前，一般有收缩段(收敛段)及过渡段两部分。收缩段(收敛段)先将圆管流道收缩成扇形。过渡段则由扇形收缩到更小的扇形，并且会预备多个。《后加载叶栅气动特性的环形叶栅实验研究与数值模拟》一文揭示：“为了适用于不同的叶栅或不同实验进口气流角、不同的实验叶栅高度等，收敛器应先收敛至一个较大的出口，在此基础上由过渡段收敛至叶栅进口。这样每做一个实验只需更换一个过渡段。”这种装置可供的进气角不多。反之，装置若提供很多的进气角，则要做大量的过渡段。存在着成本高、占地面积大的不足。

扇形叶栅比平面叶栅更接近发动机实物，制约其应用的关键因素就是改变进口气流角就要更换过渡段，而平面叶栅的优势是只要偏转安放叶栅的转盘，可以无级地改变进口气流角，所以一些本该在扇形叶栅做的实验在平面叶栅上做。

2015年美国机械工程师学会涡轮博览会论文集：涡轮技术会议和展览会，一篇文章(DOI：10.1115/GT2015-42999)展示了在平面叶栅上游，用移动的一圈小板来模拟静叶相对动叶旋转，制造周期性扰动的方法，其运动速度只为每秒一米。航空发动机转速超过到每分钟1万转，实验模拟静叶后尾迹的频率要达到发动机真实水平，小板必须以极高的速度直线运动，技术可行性较差。相对平面叶栅，在环形叶栅或扇形叶栅上游，用旋转的盘模拟动静叶盘相对运动，扰动的频率可以更高，更接近于实际工况。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足而提供一种扇形叶栅试验器，该试验器至少包括一个扇形叶栅和实验段。所述扇形叶栅包含扇形盘和安装在扇形盘上的叶片；实验段为内表面连续、光滑无褶皱的流道。

所述实验段包括上曲板、下曲板和两个侧边，上曲板内表面为上曲面，下曲板内表面为下曲面。实验段必须能灵活地与扇形叶栅或模拟静子盘(与扇形盘同轴)衔接，与其接壤的实验段流道内表面应光滑连续的，即与扇形盘衔接的边界截面上，上曲板内表面的截线与扇形叶栅通道对应截线吻合，下曲板内表面的截线与扇形叶栅气体通道对应截线吻合，不能有明显的台阶和褶皱。

扇形叶栅相对实验段轴线可在一定角度范围内偏转，以便与气流形成不同的夹角，为此，实验段至少上曲板或下曲板包含积木单元，积木单元相互拼接。

进一步地，积木单元包含斜积木块，斜积木块包括进口面、出口面与流道轴线夹角固定的以及夹角可变的单元，上述单元拼接出的流道末端，即流道的出口边，可与各种进气角的“扇形叶栅”衔接并密封。

进一步地，斜积木块的进口面、出口面与流道轴线夹角固定的，有定位面，在辅助压板的作用下，保持设计状态，入口面、出口面与流道轴线成特定角度。每个斜积木块只能与特定出口面的上游单元衔接，与特定入口面的下游单元衔接。

进一步地，上述斜积木块的进口面、出口面与流道轴线夹角可变，通过削边，使其能与多个角度入口面下游件，与多个角度出口面的上游部件衔接密封。

所述上曲板内表面与左右两个侧边的内表面交线为直线，下曲板内表面与左右两个侧边的内表面交线为直线；

所述上曲板内表面与左右侧边的交点的两条连线在一个平面上；

所述下曲板与左右侧边的交点的两条连线在一个平面上；