CN102287389A

CN102287389A - 一种压气机叶栅实验装置

Info

Publication number: CN102287389A
Application number: CN2011101898371A
Authority: CN
Inventors: 刘波; 曹志远; 赵鹏程; 朱柱国; 赵旭民; 黄建; 李志鹏
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2011-12-21

Abstract

一种压气机叶栅实验装置，包括偶数量的叶片和奇数量的抽吸叶片。偶数量的叶片和奇数量的抽吸叶片安装在第一栅板和第二栅板的安装面上，并且抽吸叶片位于第一栅板和第二栅板的中心位置。在各安装槽之间均有一个端壁抽吸槽。抽吸叶片的安装槽和端壁抽吸槽上均有贯通的气体抽吸缝。第一抽吸罩和第二抽吸罩分别安装在第一栅板和第二栅板的外表面中心处，并且抽吸罩中心抽气孔分别与气体抽吸缝和端壁抽吸槽对应。本发明通过压气机叶栅叶片表面和叶栅端壁的组合抽吸，并将第二抽吸罩、第一抽吸罩连接抽吸设备，能够同时进行不同气体抽吸量下的叶片表面和叶栅端壁组合抽吸实验，得到压气机叶栅最佳抽吸量，提高压气机叶栅的压比和效率。

Description

一种压气机叶栅实验装置

技术领域

本发明涉及发动机实验领域，具体是一种用于叶片表面和叶栅端壁组合抽吸式压气机叶栅的实验装置。

背景技术

更高的级压比、更高的效率一直是压气机设计者孜孜以求的目标。自1997年MIT的Kerrebrock等最早提出吸附式压气机这一新概念以来，吸附式压气机逐渐成为一个提高压气机级压比、提高效率的重要研究方向。

国内外研究人员针对吸附式压气机叶栅做了大量研究工作。南京航空航天大学/中国燃气涡轮研究院的兰发祥、周拜豪、梁德旺、黄国平等在论文《跨、超声速吸附式压气机平面叶栅试验》中介绍了一种跨、超声速吸附式压气机平面叶栅试验系统，该系统中叶栅试验件包括左右各1个栅板、头末叶片、基本叶片、测压叶片、左右各1个抽气罩等，可有效进行跨、超声速吸附式压气机平面叶栅试验；哈工大陈浮、宋彦萍、陈绍文、陆华伟等的发明专利《吹气或吸气式压气机叶栅实验系统》详细地介绍了一种吹气或吸气式压气机叶栅实验系统，该系统由空心叶栅、真空腔、流量计、真空泵等组成，可进行吸附式压气机叶栅实验。但上述系统仅能进行叶片吸力面抽吸实验，无法针对压气机叶栅进行叶片表面与叶栅端壁组合抽吸实验。

哈尔滨工业大学的郭爽、陈绍文、宋彦萍、陈浮、王仲奇及大连海事大学的陆华伟等在论文《组合抽吸对大转角扩压叶栅性能的影响》中实验研究了叶栅端壁和叶片吸力面同时进行了附面层吸除对扩压叶栅性能的影响，文中简要介绍了叶栅附面层抽吸结构，但并未给出叶片吸力面和叶栅端壁组合抽吸的叶栅结构示意图。

发明内容

为克服现有技术中存在的无法同时进行叶片表面和叶栅端壁抽吸实验的不足，本发明提出了一种压气机叶栅实验装置。

本发明包括4～8个叶片、1～5个抽吸叶片、2个第一抽吸罩、2个第二抽吸罩和安装架，并且叶片1的数量为偶数，抽吸叶片2的数量为奇数；其中：

安装架包括第一栅板和第二栅板。第一栅板和第二栅板之间相互平行，并且第一栅板和第二栅板的安装面相对应。第二栅板的安装面均布有多个安装槽，4～8个叶片和1～5个抽吸叶片安装在第一栅板和第二栅板的安装面上，并且1～5个抽吸叶片位于第一栅板和第二栅板的中心位置。在第一栅板和第二栅板上安装抽吸叶片的各个安装槽靠近抽吸叶片吸力面一侧均有一个端壁抽吸槽。在第一栅板和第二栅板上用于安装抽吸叶片的各个安装槽的尾缘处均贯通所在的栅板，形成了抽吸叶片气体抽吸缝。端壁抽吸槽的前缘处贯通第一栅板和第二栅板，形成了端壁气体抽吸缝。2个第一抽吸罩安装在第一栅板的外表面中心处，所述的2个第一抽吸罩中心的抽气孔的位置分别与第一栅板上中心处的抽吸叶片气体抽吸缝和端壁气体抽吸缝对应；2个第二抽吸罩安装在第二栅板的外表面中心处，2个第二抽吸罩中心抽气孔的位置分别与第二栅板上中心处的抽吸叶片气体抽吸缝和端壁气体抽吸缝对应。

抽吸叶片内部为真空腔，该真空腔贯通抽吸叶片的叶根和叶尖，并位于抽吸叶片的15％～75％弦长处；在抽吸叶片的吸力面上开有矩形的叶片抽吸缝，所述的叶片抽吸缝的方向同叶展方向；叶片抽吸缝的长度同全叶高，叶片抽吸缝的宽度为叶片弦长的2％；该叶片抽吸缝垂直于抽吸叶片表面，并与抽吸叶片内部的真空腔贯通；叶片抽吸缝的中心与抽吸叶片前缘的距离为25％～60％弦长。

抽吸叶片的真空腔的形状与抽吸叶片外形相同；真空腔截面各处宽度等于当地叶片厚度的1/2；真空腔贯通抽吸叶片叶根和叶尖。

所述的端壁抽吸槽均垂直于第一栅板；端壁抽吸槽的外形与安装槽的外形相同；端壁抽吸槽的前缘和尾缘分别与各抽吸叶片前缘和尾缘的位置相同。

在第一抽吸罩和第二抽吸罩中心的抽气孔上均固定有抽气筒。第一栅板的安装面和第二栅板的安装面之间通过四个定距柱固定连接。

本发明通过在叶片表面、叶栅端壁进行抽气以控制附面层分离是提高压气机叶栅性能。在叶片吸力面抽吸低能气体可有效延缓叶展中部气流分离，提高压气机叶栅的扩压能力，并降低损失，但叶片吸力面抽吸对端壁区流动改善不如叶展中部明显；在叶栅端壁抽吸附面层内的低能气体，可有效改善端壁区域的流动，削弱叶栅通道内的二次流动，降低叶栅损失。本发明成功地实现了压气机叶栅叶片表面和叶栅端壁组合抽吸，同时改善叶展中部和叶栅端壁区域的流动，可大幅提高压气机叶栅的性能，降低气动损失。

附图说明

图1是压气机叶栅实验装置结构示意图的主视图；

图2是压气机叶栅实验装置结构示意图的俯视图；

图3是压气机叶栅实验装置结构示意图的右视图；

图4是压气机叶栅实验装置的三维视图；

图5是第一栅板结构的主视图；

图6是第一栅板结构的后视图；

图7是第一栅板结构的A-A剖视图；

图8是第一栅板结构的B-B剖视图；

图9是第一栅板内侧结构的三维视图；

图10是第一栅板外侧结构的三维视图；

图11是第二栅板结构的主视图；

图12是第二栅板结构的后视图；

图13是第二栅板结构的C-C剖视图；

图14是第二栅板结构的D-D剖视图；

图15是第二栅板结构的内侧三维视图；

图16是第二栅板结构的外侧三维视图。其中：

1.叶片 2.抽吸叶片 3.第一抽吸罩 4.第一栅板 5.定距柱

6.第二栅板 7.第二抽吸罩 8.抽吸叶片气体抽吸缝 9.端壁抽吸槽

10.安装槽 11.端壁气体抽吸缝

具体实施方式

本实施例是一种用于叶片表面和叶栅端壁组合抽吸式压气机叶栅的实验装置，主要由叶片1、抽吸叶片2、第一抽吸罩3、安装架和第二抽吸罩7组成。本发明中，根据压气机叶栅的栅距，确定叶片1的数量为4～8个，抽吸叶片2的数量为1～5个，并且叶片1的数量为偶数，抽吸叶片2的数量为奇数。本发明中，在抽吸叶片2的吸力面上开有矩形的叶片抽吸缝，所述的叶片抽吸缝的中心在抽吸叶片2上的弦向位置分布在所述的抽吸叶片2的25～60％弦长处。本实施例中，以8个叶片1和3个抽吸叶片2为例，以抽吸叶片2上的叶片抽吸缝中心在抽吸叶片2上的弦向位置的25％弦长处为例，说明本发明的具体实施过程。

本实施例包括8个叶片1、3个抽吸叶片2、2个第一抽吸罩3、2个第二抽吸罩7和安装架。其中：

安装架由第一栅板4、第二栅板6和定距柱5组成。第一栅板4的一个表面与第二栅板6的一个表面均为叶片1和抽吸叶片2的安装面，在所述的安装面上有安装槽10。通过四个定距柱5将第一栅板4和第二栅板6固定连接。固定连接后的第一栅板4和第二栅板6的安装面对应，并相互平行。

3个抽吸叶片2位于第一栅板4和第二栅板6的中心位置，并使位于中间的抽吸叶片2的前缘与第一栅板4和第二栅板6长度方向的中心线重合。8个叶片1均分为2组，分别位于3个抽吸叶片2的两侧。抽吸叶片2和叶片1的两端分别安装在第一栅板4和第二栅板6内表面的安装槽10内。抽吸叶片2的弦与额线之间的夹角为抽吸叶片2的安装角，所述的安装角为69°。各抽吸叶片2的前缘均朝向气流的来流方向，并且三个抽吸叶片2的前缘距第一栅板4和第二栅板6的边缘5mm。

叶片1的弦与额线之间的夹角为叶片1的安装角，所述的安装角为69°。各叶片1之间的栅距为25.93mm。各叶片1的前缘均朝向气流的来流方向，并且各叶片1的前缘距第一栅板4和第二栅板6的边缘均为5mm。

2个第一抽吸罩3并排平行的安装在第一栅板4的外表面中心处，并且2个第一抽吸罩3的长边平行于第一栅板4的长度方向。在2个第一抽吸罩3的中心有抽气孔，在所述的抽气孔上有抽气筒。所述抽气孔的位置均与第一栅板4上中心处的抽吸叶片气体抽吸缝8和端壁气体抽吸缝11对应。

2个第二抽吸罩7并排平行的安装在第二栅板6的外表面中心处，并且2个第二抽吸罩7的长边平行于第二栅板6的长度方向。在2个第二抽吸罩7的中心有抽气孔，在所述的抽气孔上有抽气筒。所述抽气孔的位置均与第二栅板6上中心处的抽吸叶片气体抽吸缝8和端壁气体抽吸缝11对应。

本实施例中，3个抽吸叶片2为直叶片。抽吸叶片2叶身的各截面为形状相同的叶型，并与叶片1截面叶型相同。抽吸叶片2内部为真空腔，并位于抽吸叶片2的15％～75％弦长处；所述的真空腔的形状与抽吸叶片2外形相同；真空腔截面各处宽度等于当地叶片厚度的1/2；真空腔贯通抽吸叶片2的叶根和叶尖。在抽吸叶片2的吸力面上开有矩形的叶片抽吸缝，所述的叶片抽吸缝的方向同叶展方向；叶片抽吸缝的长度同全叶高，叶片抽吸缝的宽度为叶片弦长的2％。该叶片抽吸缝垂直于抽吸叶片2表面，并与抽吸叶片2内部的真空腔贯通，使气体从叶片抽吸缝进入抽吸叶片2的真空腔内，并从真空腔的两端将气体排出。叶片抽吸缝的中心在抽吸叶片2上的弦向位置分布在所述的抽吸叶片2的25％弦长处。

叶片1为直叶片。叶片1叶身的各截面为形状相同的叶型。

第二栅板6为矩形板。在第二栅板6的四个角上有定距柱5的安装孔。在第二栅板6一个表面沿该第二栅板6长度方向均布有11个垂直于第二栅板6内侧表面的安装槽10；并且位于中心的安装槽10的前缘位于第二栅板6长度方向的中心线上。所述的安装槽10前缘距第二栅板6边缘5mm。各安装槽10前缘之间的距离等于叶片1之间的栅距。安装槽10与叶片1、抽吸叶片2端部形状相同，用于安装叶片1和抽吸叶片2。

第二栅板6上用于安装抽吸叶片2的3个安装槽10的尾缘处贯通第二栅板6，形成了抽吸叶片气体抽吸缝8。工作时，抽吸叶片2表面的气体通过位于抽吸叶片2上的叶片抽吸缝进入抽吸叶片2的真空腔内，再通过第二栅板6上的抽吸叶片气体抽吸缝8进入第二抽吸罩7内，实现叶片表面气体的抽吸。

在第二栅板6上安装抽吸叶片2的3个安装槽10的靠近抽吸叶片2吸力面一侧均有一个端壁抽吸槽9。所述的端壁抽吸槽9均垂直于第二栅板6。端壁抽吸槽9的外形与安装槽10的外形相同；端壁抽吸槽9的前缘和尾缘分别与各抽吸叶片2前缘和尾缘的位置相同。

端壁抽吸槽9的前缘处贯通第二栅板6，形成了端壁气体抽吸缝11。工作时，叶栅端壁的气体通过该端壁气体抽吸缝11进入第二抽吸罩7内，实现端壁气体的抽吸。

如图5～图10所示。第一栅板4与第二栅板6形状类似，为第二栅板6的镜像体。

第一栅板4为矩形板。在第一栅板4的四个角上有定距柱5的安装孔。在第一栅板4一个表面沿该第一栅板4长度方向均布有11个垂直于第一栅板4内侧表面的安装槽10；并且位于中心的安装槽10的前缘位于第一栅板4长度方向的中心线上。所述的安装槽10前缘距第一栅板4边缘5mm。各安装槽10前缘之间的距离等于叶片1之间的栅距。安装槽10与叶片1、抽吸叶片2端部形状相同，用于安装叶片1和抽吸叶片2。

第一栅板4上用于安装抽吸叶片2的3个安装槽10的尾缘处贯通第一栅板4，形成了抽吸叶片气体抽吸缝8。工作时，抽吸叶片2表面的气体通过位于抽吸叶片2上的叶片抽吸缝进入抽吸叶片2的真空腔内，再通过第一栅板4上的抽吸叶片气体抽吸缝8进入第一抽吸罩3内，实现叶片表面气体的抽吸。

在第一栅板4上安装抽吸叶片2的3个安装槽10的靠近抽吸叶片2吸力面一侧均有一个端壁抽吸槽9。所述的端壁抽吸槽9均垂直于第一栅板4。端壁抽吸槽9的外形与安装槽10的外形相同；端壁抽吸槽9的前缘和尾缘分别与各抽吸叶片2前缘和尾缘的位置相同。

端壁抽吸槽9的前缘处贯通第一栅板4，形成了端壁气体抽吸缝11。工作时，叶栅端壁的气体通过该端壁气体抽吸缝11进入第一抽吸罩3内，实现端壁气体的抽吸。

第一抽吸罩3和第二抽吸罩7均为长方形壳体。第一抽吸罩3和第二抽吸罩7分别有2个。第一抽吸罩3和第二抽吸罩7的开口面分别固定在第一栅板4和第二栅板6的外表面。第一抽吸罩3和第二抽吸罩7上分别有抽气孔，该抽气孔上均固定有抽气筒。2个第一抽吸罩3的抽气孔分别与第一栅板4上的抽吸叶片气体抽吸缝8和端壁气体抽吸缝11的前缘处位置对应；2个第二抽吸罩7的抽气孔分别与第二栅板6上抽吸叶片气体抽吸缝8和端壁气体抽吸缝11的前缘处位置对应。工作时，抽吸叶片2中的气体通过第二栅板6上的气体抽吸缝8排入第二抽吸罩7，端壁抽吸槽9中的气体通过第二栅板6上的端壁气体抽吸缝11排入第二抽吸罩7，再通过第二抽吸罩7中的抽气筒将抽吸气体排出。

Claims

1.一种压气机叶栅实验装置，其特征在于，包括4～8个叶片、1～5个抽吸叶片、2个第一抽吸罩、2个第二抽吸罩和安装架，并且叶片1的数量为偶数，抽吸叶片2的数量为奇数；其中：

a.安装架包括第一栅板和第二栅板；第一栅板和第二栅板之间相互平行，并且第一栅板和第二栅板的安装面相对应；第二栅板的安装面均布有多个安装槽，4～8个叶片和1～5个抽吸叶片安装在第一栅板和第二栅板的安装面上，并且1～5个抽吸叶片位于第一栅板和第二栅板的中心位置；在第一栅板和第二栅板上安装抽吸叶片的各个安装槽靠近抽吸叶片吸力面一侧均有一个端壁抽吸槽；

b.在第一栅板和第二栅板上用于安装抽吸叶片的各个安装槽的尾缘处均贯通所在的栅板，形成了抽吸叶片气体抽吸缝；端壁抽吸槽的前缘处贯通第一栅板和第二栅板，形成了端壁气体抽吸缝；

c.2个第一抽吸罩安装在第一栅板的外表面中心处，所述的2个第一抽吸罩中心的抽气孔的位置分别与第一栅板上中心处的抽吸叶片气体抽吸缝和端壁气体抽吸缝对应；2个第二抽吸罩安装在第二栅板的外表面中心处，2个第二抽吸罩中心抽气孔的位置分别与第二栅板上中心处的抽吸叶片气体抽吸缝和端壁气体抽吸缝对应。

2.如权利要求1所述一种压气机叶栅实验装置，其特征在于，抽吸叶片内部为真空腔，该真空腔贯通抽吸叶片的叶根和叶尖，并位于抽吸叶片的15％～75％弦长处；在抽吸叶片的吸力面上开有矩形的叶片抽吸缝，所述的叶片抽吸缝的方向同叶展方向；叶片抽吸缝的长度同全叶高，叶片抽吸缝的宽度为叶片弦长的2％；该叶片抽吸缝垂直于抽吸叶片表面，并与抽吸叶片内部的真空腔贯通；叶片抽吸缝的中心与抽吸叶片前缘的距离为25％～60％弦长。

3.如权利要求2所述一种压气机叶栅实验装置，其特征在于，抽吸叶片的真空腔的形状与抽吸叶片外形相同；真空腔截面各处宽度等于当地叶片厚度的1/2；真空腔贯通抽吸叶片叶根和叶尖。

4.如权利要求1所述一种压气机叶栅实验装置，其特征在于，所述的端壁抽吸槽均垂直于第一栅板；端壁抽吸槽的外形与安装槽的外形相同；端壁抽吸槽的前缘和尾缘分别与各抽吸叶片前缘和尾缘的位置相同。

5.如权利要求1所述一种压气机叶栅实验装置，其特征在于，在第一抽吸罩和第二抽吸罩中心的抽气孔上均固定有抽气筒。

6.如权利要求1所述一种压气机叶栅实验装置，其特征在于，第一栅板的安装面和第二栅板的安装面之间通过四个定距柱固定连接。