CN106153346B - 一种可吹气叶片式旋流畸变发生器和发生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可吹气叶片式旋流畸变发生器和发生方法，所述发生器的叶片尾缘设置进气口并连接进气管，叶片内部设置空腔，保证气体在叶片里面以较低的损失流动，空腔连接出气通道，连通叶片两侧的出气口，出气通道内设有方向调节挡板，调整喷气方向；进气气流的流量控制旋流强度。通过气流方向和强度的调整可以产生同向整体涡、反向整体涡、对涡、偏置对涡，从而模拟不同形式旋流对发动机和压气机性能和稳定性影响的试验，降低试验成本和时间。
Description
技术领域
本发明涉及叶轮机械技术，尤其涉及一种可吹气叶片式旋流畸变发生器和发生方法。
背景技术
目前的喷气式战斗机多采用腹部和两侧进气，进气道设计成S型，在战斗机进行飞行，遭遇侧风等特殊情况时，除了产生总压，总温畸变，还会形成旋流畸变。当气流由进口进入进气道后至少要面临两次转弯，这不可避免的产生了气流的横向二次流动，最终发展成S弯进气道内作三元涡旋流动的气流。旋流畸变的流场虽然复杂，但都离不开几种形式的旋流型式，即整涡旋流，对涡旋流，和偏置涡旋流。目前国内外对于旋流畸变已经开始了大量的研究。为研究旋流畸变对发动机性能和稳定性的影响，研究人员发展了多种形式的旋流畸变发生装置用于模拟旋流畸变。
20世纪80年代末，德国的Fottner等对旋流畸变进行了研究，发展了一种三角翼旋流畸变发生器，通过手动调节三角翼与来流的夹角产生不同强度的对涡。Soo-yang cho介绍了通过在风洞中加装叶栅产生旋流的方法；B.A.Reichert在进气道下壁面布置一排Y字型涡发生器来影响下游流场。腔式旋流畸变发生器是由Sheoran于2008年提出，在随后几年一直持续研究。这种旋流畸变发生器放置在压气机或者发动机的进口，将喇叭口包含在里面，通过简单的改变腔体的外形，可以产生五种不同形式的旋流畸变：正向整体涡、反向整体涡，正向为主的偏置双涡、反向为主的偏置双涡、对涡，切向角最大可达58°。叶片式旋流畸变发生器以其结构简单、成本低、调节方便的优点，大量应用在旋流畸变的模拟实验中。
发明内容
本发明提供一种可吹气叶片式旋流畸变发生器和发生方法，以实现在发动机进口模拟不同强度、结构形式的旋流畸变，不用停机、不用更换叶片就可以模拟不同形式旋流对发动机性能和稳定性影响的试验，降低试验成本和时间。
一种可吹气叶片式旋流畸变发生器，包括机匣，所述机匣沿圆周方向均匀设置叶片，所述叶片内部设置空腔，尾缘设置进气口，所述进气口设置进气管，气流经所述进气口进入进气通道，所述进气通道与空腔连通，且连接处近似直角，气流流经此处发生第一次方向改变，所述叶片前缘沿机匣切线方向设置出气通道，并连通叶片上下两侧的出气口，所述出气通道内部设置方向调节挡板，气流从空腔流入出气通道后经方向调节挡板发生第二次方向改变，从出气口喷出，所述方向调节挡板通过连接机构与步进电机的旋转轴连接。
进一步的，所述叶片沿机匣中轴分为两组，每组叶片的方向调节挡板连接一台所述步进电机的旋转轴。
进一步的，所述进气管上设置流量阀，控制吹气流量。
进一步的，所述进气管前端设置空气压缩机，所述空气压缩机通过分气装置连接进气管。
一种可吹气叶片式旋流畸变发生方法，包括：
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向和角度相同，且吹气流量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生同向的整体涡；
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向相反，角度相同，且吹气流量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生强度相同的对涡；
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向不同，角度不同，且吹气流量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生偏置对涡。
进一步的，所述步进电机通过电脑或控制平台控制。
本发明提出的一种可吹气叶片式旋流畸变发生器和发生方法，可直接用于航空发动机旋流畸变试验或压气机旋流畸变试验，采用内部特殊形状的叶片，通过主动吹气形成喷气效果，产生周向二次流，根据方向调节挡板开合的方向和角度可以改变旋流的结构，以产生不同形式的旋流畸变，通过控制气流强度来改变旋流的强度；不用停机更换叶片，完成多种旋流畸变下的发动机试验，降低试验成本和时间；通过对吹气流量的实时控制，能够模拟旋流畸变的动态形成过程及对发动机的影响。
附图说明
图1是叶片的示意图；
图2是叶片的俯视图；
图3是叶片的左视图；
图4是本发明的主视图；
图5是步进电机的旋转轴与方向调节挡板连接示意图；
图6是方向调节挡板示意图。
其中，1-机匣，2-叶片，3-叶片安装螺母，4-空腔，5-方向调节挡板，6-连接机构，7-步进电机，8-旋转轴，9-进气口，10-进气管，11-出气通道，12-流量阀，13-出气口，14-进气通道。
具体实施方式
一种可吹气叶片式旋流畸变发生器，如图4所示，包括机匣1，所述机匣1沿圆周方向均匀设置叶片2，通过叶片安装螺母3安装，所述叶片1内设置空腔4，尾缘设置进气口9，如图1所示，所述空腔4尾缘连接进气管10，进气口9设置进气管10，气流经所述进气口9进入进气通道14，进气通道14与空腔4连通，且连接处近似直角，气流流经此处发生第一次方向改变，所述叶片2前缘沿机匣1切线方向设置出气通道11，出气通道11连通叶片2前缘上下两侧的出气口13，出气通道11内设置方向调节挡板5，气流从空腔4流入出气通道11后经方向调节挡板5发生第二次方向改变，从出气口13喷出形成喷气效果，产生周向气流并排出。方向调节挡板5通过连接机构6与步进电机7的旋转轴8连接，连接机构如图5所示。通过调整步进电机7的旋转轴8的旋转方向和角度，控制方向调节挡板5，通过调节方向调节挡板5的旋转角度产生不同形式结构的旋流，如图6所示，其中方向调节挡板5的旋转角度范围由叶片2前缘出气口13和空腔4的具体尺寸决定。
进一步的，所述叶片2沿机匣1中轴分为两组，每组叶片2的方向调节挡板5连接一台所述步进电机7的旋转轴8，所述步进电机7实现对方向调节挡板5的控制。
进一步的，所述进气管10上设置流量阀12，通过流量阀12精准控制保证每个叶片2达到预期的吹气流量，得到理想的旋流形式，其中，吹气流量越大，气流速度越大，则旋流畸变强度也就越大。
进一步的，所述进气管10前端设置空气压缩机，所述空气压缩机通过分气装置连接进气管。
一种可吹气叶片式旋流畸变发生方法，包括：
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向和角度相同，且吹气流量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生同向的整体涡；
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向相反，角度相同，且吹气流量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生强度相同的对涡；
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向不同，角度不同，且吹气流量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生偏置对涡。
其中，吹气流量越大，气流速度越大，旋流畸变强度也就越大。
进一步的，所述步进电机通过电脑或控制平台控制。
Claims (6)
1.一种可吹气叶片式旋流畸变发生器，包括机匣，所述机匣沿圆周方向均匀设置叶片，其特征在于，所述叶片内部设置空腔，尾缘设置进气口，所述进气口设置进气管，气流经所述进气口进入进气通道，所述进气通道与空腔连通，且连接处近似直角，气流流经此处发生第一次方向改变，所述叶片前缘沿机匣切线方向设置出气通道，并连通叶片上下两侧的出气口，所述出气通道内部设置方向调节挡板，气流从空腔流入出气通道后经方向调节挡板发生第二次方向改变，从出气口喷出，所述方向调节挡板通过连接机构与步进电机的旋转轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种可吹气叶片式旋流畸变发生器，其特征在于，所述叶片沿机匣中轴分为两组，每组叶片的方向调节挡板连接一台所述步进电机的旋转轴。
3.根据权利要求1所述的一种可吹气叶片式旋流畸变发生器，其特征在于，所述进气管上设置流量阀，控制吹气流量。
4.根据权利要求1所述的一种可吹气叶片式旋流畸变发生器，其特征在于，所述进气管前端设置空气压缩机，所述空气压缩机通过分气装置连接进气管。
5.一种可吹气叶片式旋流畸变发生方法，通过一种可吹气叶片式旋流畸变发生器实现，所述一种可吹气叶片式旋流畸变发生器，包括机匣，所述机匣沿圆周方向均匀设置叶片，所述叶片内部设置空腔，尾缘设置进气口，所述进气口设置进气管，气流经所述进气口进入进气通道，所述进气通道与空腔连通，且连接处近似直角，气流流经此处发生第一次方向改变，所述叶片前缘沿机匣切线方向设置出气通道，并连通叶片上下两侧的出气口，所述出气通道内部设置方向调节挡板，气流从空腔流入出气通道后经方向调节挡板发生第二次方向改变，从出气口喷出，所述方向调节挡板通过连接机构与步进电机的旋转轴连接；
所述一种可吹气叶片式旋流畸变发生方法，其特征在于，包括：
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向和角度相同，且吹气流量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生同向的整体涡；
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向相反，角度相同，且吹气流量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生强度相同的对涡；
所述进气管通入气流，气流经所述进气通道流入，进气通道与空腔连接处近似直角,气流流经此处发生第一次方向改变并流入空腔，再从所述空腔流入出气通道，所述出气通道内设置方向调节挡板，两组叶片方向调节挡板的旋转方向不同，角度不同，且吹气量相同，气流经所述方向调节挡板发生第二次方向改变，并从出气口喷出，产生偏置对涡。
6.根据权利要求5所述的一种可吹气叶片式旋流畸变发生方法，其特征在于，所述步进电机通过电脑或控制平台控制。
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