[发明专利]模拟轴流压气机高速旋转轮毂的悬臂静子平面叶栅实验方法

说明书

一种模拟轴流压气机高速旋转轮毂的悬臂静子平面叶栅实验方法，采用七排直叶栅组成的平面叶栅通道及旋转圆盘模拟原型压气机悬臂静子叶片根部相配合的旋转轮盘，通过确定带悬臂静子叶片压气机的轮盘高速旋转切线速度并针对旋转圆盘半径及其对应旋转速度建模、网格划分并计算雷诺平均NS方程，经对比分析结果得到优化旋转圆盘半径，完成实验方法的构建。本发明能够反映出悬臂静子叶片轮毂间隙内部流场的结构特点和流场参数变化趋势，从而对带悬臂静子叶片的压气机进行针对性改进设计，实现轴流压气机的优化制造。

技术领域

本发明涉及的是一种叶轮机械领域的技术，具体是一种模拟轴流压气机高速旋转轮毂的悬臂静子平面叶栅实验方法。

背景技术

带悬臂静子叶片的轴流压气机的气动设计是现代高负荷航空发动机研制中的关键技术。轴流压气机悬臂静子叶片的根部与高速旋转的轮毂配合。中间形成一定的径向间隙，以防止转、静子的刮磨导致压气机结构失效。此处径向间隙的存在导致了泄漏流的产生，再加上轮毂的高速旋转，使得叶片通道内的二次流动结构和损失机制与带内环的静子叶片有明显的区别，损失的大部分来源于轮毂泄漏涡，且随不同悬臂静子叶片的设计而变化。由于带悬臂静子叶片的压气机内部流动的复杂性，理论分析轮毂泄漏涡与其他二次流相互耦合的复杂流场非常困难；数值模拟分析内部存在二次流、端壁附面层及轮毂泄漏涡等复杂流动现象的压气机时，模拟精度也存在较大的局限性；因此必须依靠精确细致的实验测量才能得到更有价值的科学结果。但是在对压气机进行整机实验测量时，由于轮毂高速旋转，且悬臂静子叶片的根部间隙较小，导致测量仪器很难测到该处的流场细节。目前常规的测试方法局限于平面叶栅实验，轮毂采用静止的平板，这样导致实验无法测出高速旋转轮毂与悬臂静子叶片之间形成的间隙泄漏流，在压气机实际工作工况下的高速旋转效应所带来的改变。

综上所述，带悬臂静子叶片的压气机轮毂封严腔泄漏已成为影响航空发动机性能的主要因素之一，进一步研究发现，进行模拟轴流压气机高速旋转轮毂的悬臂静子平面叶栅实验以掌握轮毂间隙泄漏流的流场特性，将有助于提高航空发动机的性能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种模拟轴流压气机高速旋转轮毂的悬臂静子平面叶栅实验方法，得到的高速旋转轮毂能够反映出悬臂静子叶片轮毂间隙内部流场的结构特点和流场参数变化趋势，从而对带悬臂静子叶片的压气机进行针对性改进设计，实现轴流压气机的优化制造。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明采用七排直叶栅组成的平面叶栅通道及旋转圆盘模拟原型压气机悬臂静子叶片根部相配合的旋转轮盘，通过确定带悬臂静子叶片压气机的轮盘高速旋转切线速度并针对旋转圆盘半径及其对应旋转速度建模、网格划分并计算雷诺平均NS方程，经对比分析结果得到优化旋转圆盘半径，建立实验方法。

所述的直叶，以静子叶片根部叶型为原型。

所述的旋转圆盘半径是指：旋转圆盘中心到平面叶栅通道中第4片叶栅弦长中心的半径。

所述的建模，以不同半径旋转圆盘方案作为模拟实验设计模型，以理想状态无限大半径旋转圆盘作为对比基准。

所述的不同半径，优选为实验工况下悬臂静子叶片平面叶栅上方的旋转圆盘不同半径，进一步优选为圆盘半径R分别为0.05m、0.10m、0.25m、0.50m、0.75m、1.00m，针对不同半径给定不同的旋转速度ω且满足R*ω＝V_e。

所述的网格划分是指：叶片通道主流区采用O4H网格分区，与轮盘径向间隙内采用O型网格，第一层网格高度设置为10^-6m，增长率1.1。