CN112747929A - 一种扩大叶栅攻角调节范围的叶栅试验台流道调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩大叶栅攻角调节范围的叶栅试验台流道调节机构，包含第一舌板、第二舌板、攻角调节机构、叶栅、壳体、第一至第二涡卷发条组件、以及第一至第二舌板调节组件；所述第一舌板、第二舌板平行设置，其前端通过攻角调节机构调节叶栅的攻角。本发明取消了插入式的弹性薄钢片结构，使用可以卷曲的涡卷发条机构替代之，利用电机驱动转动轴控制涡卷发条的长度，克服了弹性薄钢片长度调节范围较窄的弊病，可以有效避免某些特定攻角状况下，舌板无法调节到位导致的叶栅试验段出口流场周期性差的状况，提高了叶栅试验台攻角调节范围。

Description

一种扩大叶栅攻角调节范围的叶栅试验台流道调节机构

技术领域

本发明涉及航空发动机叶栅试验台技术领域，尤其涉及一种扩大叶栅攻角调节范围的叶栅试验台流道调节机构。

背景技术

平面叶栅试验是叶轮机械气动设计研究领域的基础性试验研究项目，是压气机气动设计中验证和校核叶型气动性能的最经济、最快捷、最有效的技术途径。在对压气机叶片性能的基础研究中，除了要不断地进行叶片设计、性能改进等理论研究以外，还要进行大量的平面叶栅试验，对理论研究进行验证。通过平面叶栅试验，可以对叶栅的性能有更深入的认识。了解叶型在不同方案下的气动性能，并为新叶型设计制造积累宝贵资料，对提高压气机总体性能具有重大的意义。目前，平面叶栅试验设备主要由进气段、稳定段、收敛加速段、平面叶栅试验段等组成。在进行叶栅试验的过程中，几乎都会对叶栅的多个工况点进行测量。主要变化的参数是叶栅进口来流马赫数和叶栅攻角等，其中叶栅攻角大都采用圆盘转动的方式进行调节。

叶栅试验台通常水平放置，转动圆盘调节叶栅攻角时，叶栅试验件在竖直方向和水平方向的投影将会随之改变，需要上下以及前后调节舌板来与之匹配，使得气流水平地吹向叶栅试验件。为了满足气流全部流过叶栅通道的要求，需要调整位移机构将舌板精确搭接在叶栅试验件两外侧的叶片前缘，避免气流从叶栅试验件两侧溢出。

当前进口调节系统由槽道、弹性薄钢片、位移机构和舌板组成。槽道固定在进口收敛过渡段后端，弹性薄钢片插进槽道中，并通过六个螺栓固定在位移机构的前部内侧，位移机构由丝杠、丝杆机构受控于上下和前后的旋转手柄，位移机构后端通过三个螺栓连接着舌板。试验时，转动圆盘调节好角度后，旋转手柄控制位移机构，使得舌板能够搭在叶栅试验件两端叶片的前缘，这个过程中位移机构前端的弹性薄钢片作弹性弯曲，同时在槽道中前后移动，以配合位移机构上下前后调节中，能够形成较为光顺的气流流道。

攻角调节范围由上下两组弹性薄钢片在槽道中的行程决定。当其中一块弹性薄钢片抵到槽道的底部，或弹性薄钢片滑出槽道口，均达到了叶栅试验件攻角可调节的极限了。早期叶栅攻角范围比较窄，可以满足要求。

先进的压气机设计技术采用的都是宽攻角范围叶栅，当前的舌板调节结构显现出其不足。通过对比平面叶栅数值模拟与实验的结果，如图9所示，我们不难发现实验能够测量的攻角极其有限。当试验工况为大攻角时，向前运动插入槽道的弹性薄钢片有可能抵住槽道的最内侧，而向后运动的弹性薄钢片将会从槽道中抽出。为了避免弹性薄钢片从槽道中抽出，舌板将不能搭在叶栅试验件叶片的前缘，气流就会从这个间隙中流出，严重影响叶栅试验件流场品质和测量精度。

另外，弹性薄钢片在调节叶栅攻角当中不断地弯曲，使用一段时间后，弹性薄钢片会发生永久的弯曲变形。这样，弹性薄钢片在槽道中向前移动受阻，向后移动易滑出槽道。

针对这种情况，现有的解决方案是更换舌板长度，来克服因为弹性薄钢片有限调节范围带来的弊端。但是每一次更换舌板需要将叶栅试验件拆卸下来，因此会产生较多的不可控因素，让试验过程变得更加繁琐，严重影响试验进度，降低风洞试验效率。

此外，舌板两侧都装有用于密封的橡胶条，更换舌板的过程中，橡胶条会和圆盘内侧壁面反复摩擦，会造成橡胶条脱出、橡胶条磨损严重、内壁面光滑度下降、壁面静压孔堵塞等对试验不利因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种扩大叶栅攻角调节范围的叶栅试验台流道调节机构，能够独立的完成流道调整以适应相应的攻角和马赫数的变化，提高了风洞试验效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种扩大叶栅攻角调节范围的叶栅试验台流道调节机构，包含第一舌板、第二舌板、攻角调节机构和叶栅；所述第一舌板、第二舌板平行设置，其前端通过攻角调节机构调节叶栅的攻角；

本发明还包含壳体、第一至第二涡卷发条组件、以及第一至第二舌板调节组件；

所述壳体包含底板、侧壁和盖板，其中，侧壁上设有供第一舌板、第二舌板伸出的通孔；底板两侧分别设有第一横向滑轨、第二横向滑轨；所述第一横向滑轨、第二横向滑轨均平行于第一舌板；

所述第一、第二舌板调节组件结构相同，均包含纵向旋转手柄、横向旋转手柄、纵向丝杠、横向丝杠、导向件和位移件；

所述导向件呈T字形，包含短柄以及和短柄中部垂直固连的长柄，短柄在其长度方向上设有和所述横向丝杠相配合的横向螺纹通孔，且导向件在长柄的长度方向上设有贯穿长柄和短柄的纵向通孔，所述横向螺纹通孔、纵向通孔不相交；

所述位移件包含导流板、螺纹筒、第一固定板和第二固定板，其中，所述第一固定板、第二固定板平行设置，且第一固定板、第二固定板的一端均和所述导流板的外侧面固连；所述螺纹筒为两端开口的管道，其内壁上设有和所述纵向丝杠相匹配的螺纹；所述螺纹筒设置在第一固定板、第二固定板之间，螺纹筒的一端和所述导流板的外侧面固连；所述第一固定板、第二固定板的内侧均设有平行于螺纹筒轴线的滑槽，且滑槽内均设有滑块；

所述导向件的纵向通孔套在所述螺纹筒外，且导向件长柄的两侧分别和所述第一固定板、第二固定板内侧滑槽上的滑块对应固连，使得导向件在螺纹筒的轴线方向上相对位移件自由滑动；

所述横向丝杠一端和导向件的横向螺纹通孔螺纹相连，所述纵向丝杠一端伸入导向件的纵向通孔和位移件的螺纹筒螺纹相连；

所述第一舌板调节组件的纵向丝杠、横向丝杠、导向件、位移件均设置在壳体内，导向件的短柄设置在所述第一横向滑轨上、能够沿第一横向滑轨自由滑动，位移件导流板的前端和第一舌板的后端固连，横向丝杠、纵向丝杠的另一端均通过轴承和壳体侧壁相连；第一舌板调节组件的横向旋转手柄、纵向旋转手柄均设置在壳体外，横向旋转手柄的转轴和其横向丝杠的另一端同轴固连，纵向旋转手柄的转轴和其纵向丝杠的另一端同轴固连；

所述第二舌板调节组件的纵向丝杠、横向丝杠、导向件、位移件均设置在壳体内，导向件的短柄设置在所述第二横向滑轨上、能够沿第二横向滑轨自由滑动，位移件导流板的前端和第二舌板的后端固连，横向丝杠、纵向丝杠的另一端均通过轴承和壳体侧壁相连；第二舌板调节组件的横向旋转手柄、纵向旋转手柄均设置在壳体外，横向旋转手柄的转轴和其横向丝杠的另一端同轴固连，纵向旋转手柄的转轴和其纵向丝杠的另一端同轴固连；

所述第一、第二涡卷发条组件结构相同，均包含转动轴、涡卷发条、引导板、第一支板和第二支板；所述转动轴通过轴承和盖板相连，一端位于壳体外，另一端伸入壳体；所述引导板、第一支板、第二支板均和所述底板固连，第一支板、第二支板均平行于第一舌板设置，且第一支板、第二支板之间形成用于限定涡卷发条穿出的槽道；所述引导板为弧形板、一端和所述第一支板固连，用于引导涡卷发条至第一支板、第二支板形成的槽道；所述涡卷发条设置在壳体内，其内端和转动轴固连，外端通过引导板引导至第一支板、第二支板形成的槽道并从该槽道穿出；

所述第一涡卷发条组件中涡卷发条的外端和所述第一舌板调节组件导流板的后端固连，第二涡卷发条组件中涡卷发条的外端和所述第二舌板调节组件导流板的后端固连；

所述第一涡卷发条组件的第一支板、第一涡卷发条组件的涡卷发条、第一舌板调节组件位移件的导流板、第一舌板形成流道通道的一侧，第二涡卷发条组件的第一支板、第二涡卷发条组件的涡卷发条、第二舌板调节组件位移件的导流板、第二舌板形成流道通道的另一侧，使得流道通道完整平滑收敛过渡；

所述第一、第二舌板调节组件用于调节第一、第二舌板位置，进而通过攻角调节机构调节叶栅的攻角。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明取消了插入式的弹性薄钢片结构，使用可以卷曲的涡卷发条机构替代之，利用电机驱动转轴控制涡卷发条的长度，克服了弹性薄钢片长度调节范围较窄的弊病，可以有效避免某些特定攻角状况下，舌板无法调节到位导致的叶栅试验段出口流场周期性差的状况，提高了叶栅试验台攻角调节范围；

2.避免试验攻角调节过程中，因为更换舌板导致的试验误差，提高了叶栅试验台准确率和效率；

3.可以增加位移机构丝杆调节范围，配合涡卷发条的调节，满足叶栅试验台适应更高马赫数的要求，提高叶栅试验件入口气流的均匀性。

4.可以使用电机调节第一、第二涡卷发条组件中的转动轴，调高了流道调节准确性，缩短了实验周期。

附图说明

图1为本发明立体外观示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的剖视示意图；

图4为本发明中导向件的结构示意图；

图5为本发明中位移件的结构示意图；

图6为本发明中导向件和位移件相配合的结构示意图；

图7为本发明中引导板、第一支板、第二支板相配合的结构示意图；

图8为本发明调节叶栅攻角的形变示意图；

图9为平面叶栅数值模拟和实验结果的对比示意图。

图中，1-第一舌板，2-第二舌板，3-壳体的底板，4-壳体的侧壁，5-第一舌板调节组件的纵向旋转手柄，6-第一舌板调节组件的横向旋转手柄，7-第二舌板调节组件的导向件，8- 第二舌板调节组件的位移件，9-第一涡卷发条组件的涡卷发条，10-导向件的短柄，11-导向件的长柄，12-导向件的横向螺纹通孔，13-导向件的纵向通孔，14-导流板，15-螺纹筒，16- 第一固定板，17-第二固定板，18-引导板，19-第一支板，20-第二支板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

下面将结合附图对本发明的具体实施例作更进一步的说明。在下面的描述中出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面的理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

为此需要说明的是，为了避免因不必要细节模糊本发明，附图中仅仅显示根据本发明的方案密切相关的结构处理步骤，省略与本发明关系不大的其它细节。

本专利的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位词或位置关系是基于附图所示方位或位置关系，仅是为了便于描述，不代表所指方向的结构必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

如图1所示，本发明公开了一种扩大叶栅攻角调节范围的叶栅试验台流道调节机构，包含第一舌板、第二舌板、攻角调节机构和叶栅；所述第一舌板、第二舌板平行设置，其前端通过攻角调节机构调节叶栅的攻角。

如图2、图3所示，本发明还包含壳体、第一至第二涡卷发条组件、以及第一至第二舌板调节组件。

所述壳体包含底板、侧壁和盖板，其中，侧壁上设有供第一舌板、第二舌板伸出的通孔；底板两侧分别设有第一横向滑轨、第二横向滑轨；所述第一横向滑轨、第二横向滑轨均平行于第一舌板。

所述第一、第二舌板调节组件结构相同，均包含纵向旋转手柄、横向旋转手柄、纵向丝杠、横向丝杠、导向件和位移件。

如图4所示，所述导向件呈T字形，包含短柄以及和短柄中部垂直固连的长柄，短柄在其长度方向上设有和所述横向丝杠相配合的横向螺纹通孔，且导向件在长柄的长度方向上设有贯穿长柄和短柄的纵向通孔，所述横向螺纹通孔、纵向通孔不相交。

如图5所示，所述位移件包含导流板、螺纹筒、第一固定板和第二固定板，其中，所述第一固定板、第二固定板平行设置，且第一固定板、第二固定板的一端均和所述导流板的外侧面固连；所述螺纹筒为两端开口的管道，其内壁上设有和所述纵向丝杠相匹配的螺纹；所述螺纹筒设置在第一固定板、第二固定板之间，螺纹筒的一端和所述导流板的外侧面固连；所述第一固定板、第二固定板的内侧均设有平行于螺纹筒轴线的滑槽，且滑槽内均设有滑块。

如图6所示，所述导向件的纵向通孔套在所述螺纹筒外，且导向件长柄的两侧分别和所述第一固定板、第二固定板内侧滑槽上的滑块对应固连，使得导向件在螺纹筒的轴线方向上相对位移件自由滑动。

所述横向丝杠一端和导向件的横向螺纹通孔螺纹相连，所述纵向丝杠一端伸入导向件的纵向通孔和位移件的螺纹筒螺纹相连。

所述第一舌板调节组件的纵向丝杠、横向丝杠、导向件、位移件均设置在壳体内，导向件的短柄设置在所述第一横向滑轨上、能够沿第一横向滑轨自由滑动，位移件导流板的前端和第一舌板的后端固连，横向丝杠、纵向丝杠的另一端均通过轴承和壳体侧壁相连；第一舌板调节组件的横向旋转手柄、纵向旋转手柄均设置在壳体外，横向旋转手柄的转轴和其横向丝杠的另一端同轴固连，纵向旋转手柄的转轴和其纵向丝杠的另一端同轴固连；

所述第二舌板调节组件的纵向丝杠、横向丝杠、导向件、位移件均设置在壳体内，导向件的短柄设置在所述第二横向滑轨上、能够沿第二横向滑轨自由滑动，位移件导流板的前端和第二舌板的后端固连，横向丝杠、纵向丝杠的另一端均通过轴承和壳体侧壁相连；第二舌板调节组件的横向旋转手柄、纵向旋转手柄均设置在壳体外，横向旋转手柄的转轴和其横向丝杠的另一端同轴固连，纵向旋转手柄的转轴和其纵向丝杠的另一端同轴固连。

所述第一、第二涡卷发条组件结构相同，均包含转动轴、涡卷发条、引导板、第一支板和第二支板；所述转动轴通过轴承和盖板相连，一端位于壳体外，另一端伸入壳体；所述引导板、第一支板、第二支板均和所述底板固连，第一支板、第二支板均平行于第一舌板设置，且第一支板、第二支板之间形成用于限定涡卷发条穿出的槽道；所述引导板为弧形板、一端和所述第一支板固连，用于引导涡卷发条至第一支板、第二支板形成的槽道，如图7所示；所述涡卷发条设置在壳体内，其内端和转动轴固连，外端通过引导板引导至第一支板、第二支板形成的槽道并从该槽道穿出；

所述第一涡卷发条组件中涡卷发条的外端和所述第一舌板调节组件导流板的后端固连，第二涡卷发条组件中涡卷发条的外端和所述第二舌板调节组件导流板的后端固连。

所述第一涡卷发条组件的第一支板、第一涡卷发条组件的涡卷发条、第一舌板调节组件位移件的导流板、第一舌板形成流道通道的一侧，第二涡卷发条组件的第一支板、第二涡卷发条组件的涡卷发条、第二舌板调节组件位移件的导流板、第二舌板形成流道通道的另一侧，使得流道通道完整平滑收敛过渡；

所述第一、第二舌板调节组件用于调节第一、第二舌板位置，进而通过攻角调节机构调节叶栅的攻角。

叶栅试验件零度攻角状态如图1所示，假设此时叶栅试验件的高度为L，假设极限攻角状态为图8所示，此时叶栅试验件与竖直方向的夹角为θ，涡卷发条伸长(缩短)的距离为 S：

上舌板伸长，下舌板缩短为负攻角；上舌板缩短，下舌板伸长为正攻角；且二者运动距离相同，方向相反，使用程序控制电机分别控制上、下两轴旋转一定圈数，收紧(释放)相应长度的涡卷发条。然后调节横向旋转手柄或者是纵向旋转手柄，调节第一、第二舌板调节组件上下移动或左右移动。第一、第二舌板调节组件完成作动之后，舌板就到达相应的位置。

本发明中叶栅试验台流道调节机构特征在于，当涡卷发条拉紧之后，第一涡卷发条组件的第一支板、第一涡卷发条组件的涡卷发条、第一舌板调节组件位移件的导流板、第一舌板形成流道通道的一侧，第二涡卷发条组件的第一支板、第二涡卷发条组件的涡卷发条、第二舌板调节组件位移件的导流板、第二舌板形成流道通道的另一侧，使得流道通道完整平滑收敛过渡，如图2所示。收敛通道依照国外常用的维多辛斯基曲线规律设计，最后经过两段完全平行的舌板内通道水平的吹向叶栅试验件。气流经过收敛通道加速后能够很大程度消除附面层的影响，保证出口气流分布均匀且稳定。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种扩大叶栅攻角调节范围的叶栅试验台流道调节机构，包含第一舌板、第二舌板、攻角调节机构和叶栅；所述第一舌板、第二舌板平行设置，其前端通过攻角调节机构调节叶栅的攻角；

其特征在于，还包含壳体、第一至第二涡卷发条组件、以及第一至第二舌板调节组件；

所述壳体包含底板、侧壁和盖板，其中，侧壁上设有供第一舌板、第二舌板伸出的通孔；底板两侧分别设有第一横向滑轨、第二横向滑轨；所述第一横向滑轨、第二横向滑轨均平行于第一舌板；

所述第一、第二舌板调节组件结构相同，均包含纵向旋转手柄、横向旋转手柄、纵向丝杠、横向丝杠、导向件和位移件；

所述导向件呈T字形，包含短柄以及和短柄中部垂直固连的长柄，短柄在其长度方向上设有和所述横向丝杠相配合的横向螺纹通孔，且导向件在长柄的长度方向上设有贯穿长柄和短柄的纵向通孔，所述横向螺纹通孔、纵向通孔不相交；

所述位移件包含导流板、螺纹筒、第一固定板和第二固定板，其中，所述第一固定板、第二固定板平行设置，且第一固定板、第二固定板的一端均和所述导流板的外侧面固连；所述螺纹筒为两端开口的管道，其内壁上设有和所述纵向丝杠相匹配的螺纹；所述螺纹筒设置在第一固定板、第二固定板之间，螺纹筒的一端和所述导流板的外侧面固连；所述第一固定板、第二固定板的内侧均设有平行于螺纹筒轴线的滑槽，且滑槽内均设有滑块；

所述导向件的纵向通孔套在所述螺纹筒外，且导向件长柄的两侧分别和所述第一固定板、第二固定板内侧滑槽上的滑块对应固连，使得导向件在螺纹筒的轴线方向上相对位移件自由滑动；

所述横向丝杠一端和导向件的横向螺纹通孔螺纹相连，所述纵向丝杠一端伸入导向件的纵向通孔和位移件的螺纹筒螺纹相连；

所述第一舌板调节组件的纵向丝杠、横向丝杠、导向件、位移件均设置在壳体内，导向件的短柄设置在所述第一横向滑轨上、能够沿第一横向滑轨自由滑动，位移件导流板的前端和第一舌板的后端固连，横向丝杠、纵向丝杠的另一端均通过轴承和壳体侧壁相连；第一舌板调节组件的横向旋转手柄、纵向旋转手柄均设置在壳体外，横向旋转手柄的转轴和其横向丝杠的另一端同轴固连，纵向旋转手柄的转轴和其纵向丝杠的另一端同轴固连；

所述第二舌板调节组件的纵向丝杠、横向丝杠、导向件、位移件均设置在壳体内，导向件的短柄设置在所述第二横向滑轨上、能够沿第二横向滑轨自由滑动，位移件导流板的前端和第二舌板的后端固连，横向丝杠、纵向丝杠的另一端均通过轴承和壳体侧壁相连；第二舌板调节组件的横向旋转手柄、纵向旋转手柄均设置在壳体外，横向旋转手柄的转轴和其横向丝杠的另一端同轴固连，纵向旋转手柄的转轴和其纵向丝杠的另一端同轴固连；

所述第一、第二涡卷发条组件结构相同，均包含转动轴、涡卷发条、引导板、第一支板和第二支板；所述转动轴通过轴承和盖板相连，一端位于壳体外，另一端伸入壳体；所述引导板、第一支板、第二支板均和所述底板固连，第一支板、第二支板均平行于第一舌板设置，且第一支板、第二支板之间形成用于限定涡卷发条穿出的槽道；所述引导板为弧形板、一端和所述第一支板固连，用于引导涡卷发条至第一支板、第二支板形成的槽道；所述涡卷发条设置在壳体内，其内端和转动轴固连，外端通过引导板引导至第一支板、第二支板形成的槽道并从该槽道穿出；

所述第一涡卷发条组件中涡卷发条的外端和所述第一舌板调节组件导流板的后端固连，第二涡卷发条组件中涡卷发条的外端和所述第二舌板调节组件导流板的后端固连；

所述第一涡卷发条组件的第一支板、第一涡卷发条组件的涡卷发条、第一舌板调节组件位移件的导流板、第一舌板形成流道通道的一侧，第二涡卷发条组件的第一支板、第二涡卷发条组件的涡卷发条、第二舌板调节组件位移件的导流板、第二舌板形成流道通道的另一侧，使得流道通道完整平滑收敛过渡；

所述第一、第二舌板调节组件用于调节第一、第二舌板位置，进而通过攻角调节机构调节叶栅的攻角。

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