[发明专利]一种用于跨音速涡轮平面叶栅实验的封严供气装置

说明书

本发明公开了一种用于跨音速涡轮平面叶栅实验的封严供气装置，风洞端壁上设有跨音速涡轮叶栅，风洞端壁的外侧设有封严供气腔，封严供气腔的顶部设有沿垂直于主流方向延伸并位于跨音速涡轮叶栅前缘上游位置的封严气出口，从封严气出口流出的封严冷气具有垂直于主流方向的分速度通入风洞主流通道内并与其中的主流气体相互作用。利用封严供气腔内的冷气速度方向与跨音速涡轮叶栅周向方向相切的特点，无需部件旋转即可再现封严流的周向速度，同时实现独立地改变封严流流量与封严流周向速度的效果，可充分模拟跨音速涡轮平面叶栅实验所需的封严射流条件，再现了真实涡轮内部的封严流特性，容易获得较精确的三维流场结构。

技术领域

本发明属于航空发动机/燃气轮机跨音速涡轮平面叶栅实验领域，涉及一种用于跨音速涡轮平面叶栅实验的封严供气装置。本发明通过利用封严供气腔内的冷气速度方向与跨音速涡轮叶栅周向方向相切的特点，无需部件旋转即可再现封严流的周向速度，同时实现独立地改变封严流流量与封严流周向速度的效果，充分模拟跨音速涡轮平面叶栅实验所需的封严射流条件，可大幅度降低涡轮封严实验成本。

背景技术

在现代先进航空发动机中，需要大量的冷却气和封严气来保证高压涡轮安全工作。然而封严流在保证发动机正常工作的同时，会与涡轮通道内的主流发生复杂的相互作用，进而对涡轮性能产生较大影响。涡轮轮缘封严流对主流流动特性及涡轮性能的影响成为涡轮精细化设计中必须考虑的重要问题。现有的涡轮封严实验大多是在涡轮级部件实验台或者低速大尺寸旋转实验台上进行，虽然对涡轮进行整级实验可以得到真实的封严流对主流的影响特性，但是整级实验对实验室设备仪器要求高，实验成本高昂，并且实现对涡轮级通道内部流场精细化测量难度大。相比较而言，平面叶栅可以方便、快捷和经济地研究涡轮中的一些基本流动现象，具有低成本、易测量、方便可控等特点，一直是人们研究叶轮机械内部流动的重要手段，但真实发动机内部的封严出流是一种复杂的旋转流动，具有较大的轴向、径向和周向速度，然而受到平面叶栅不具有旋转部件的限制，平面叶栅实验很难再现真实发动机涡轮封严流的射流条件，尤其是很难模拟封严流的周向速度，严重制约着对真实涡轮封严流与主流相互作用机制的认识。因此，非常有必要设计一种能够应用于跨音速涡轮平面叶栅实验台上的封严供气装置，使其能够再现真实涡轮内部封严流特性，容易获得较精确的三维流场结构，又可以节省实验成本，降低测量难度。

发明内容

针对现有技术的上述技术问题，本发明旨在提供一种应用于跨音速涡轮平面叶栅实验的封严供气装置，通过利用封严供气腔内的冷气速度方向与跨音速涡轮叶栅周向方向相切的特点，无需部件旋转即可再现封严流的周向速度，同时实现独立地改变封严流流量与封严流周向速度的效果，可充分模拟跨音速涡轮平面叶栅实验所需的封严射流条件，再现了真实涡轮内部的封严流特性，容易获得较精确的三维流场结构，又可以节省实验成本，降低测量难度。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案如下：

一种应用于跨音速涡轮平面叶栅实验的封严供气装置，包括位于风洞主流通道内并垂直布置在风洞端壁上的跨音速涡轮叶栅，其特征在于，

所述风洞端壁的外侧设有垂直于主流方向延伸的封严供气腔，所述封严供气腔的一端设有与封严气源连通的进气管路、另一端设有与外部环境连通的排气管路，封严冷气在所述封严供气腔内的流动方向与主流方向垂直，所述封严供气腔的顶部盖板上设有一沿垂直于主流方向延伸并位于所述跨音速涡轮叶栅前缘上游位置的狭缝，且所述狭缝处设有封严密封结构，使得所述狭缝形成为封严气出口，从所述封严气出口流出的封严冷气具有垂直于主流方向的分速度通入所述风洞主流通道内并与其中的主流气体相互作用。

优选地，所述风洞主流通道的入口端与主流气源连通，所述主流气源为由离心空压机产生的高压高速气源。

优选地，所述风洞主流通道设有收缩段，用以对主流气体进行流动加速。

进一步地，所述风洞主流通道至少设有沿流向布置的第一级收缩段和第二级收缩段，气流经所述第一级收缩段和第二级收缩段实现两次流动加速。