CN112781825A - 一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于亚音速平面叶栅风洞试验技术领域，特别涉及一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构及其设计方法。抽吸结构包括：风洞上壁(1)、风洞下壁(2)以及设置在所述风洞上壁(1)与所述风洞下壁(2)之间的试验件(3)，其中，所述风洞上壁(1)上开设有贯穿的倾斜通道，所述倾斜通道的中心与所述试验件(3)上靠近所述风洞上壁(1)的第一叶片前缘之间具有预定距离L。本申请的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，进行风洞试验时，使得低速区明显改善，气流角度偏移也得到修正，栅前流场品质满足试验需求，保证叶栅试验结果的准确性。

Description

一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构及其设计方法
技术领域
本申请属于亚音速平面叶栅风洞试验技术领域，特别涉及一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构及其设计方法。
背景技术
在对压气机和涡轮叶片性能的基础研究中，需进行大量平面叶栅风洞试验来对叶型设计等理论研究进行验证，对提高涡轮和压气机总体性能来说具有重大意义。试验时保证每个叶片通道具有相同的气动参数，即保证风洞栅前具有良好的流场品质是平面叶栅试验结果准确可靠的先决条件。平面叶栅由多片叶片组成，在风洞中倾斜排列，由于叶栅倾斜排列，靠近上壁处气流先与叶片接触，会存在明显的低速区。进而受势场影响，气流角将向风洞下壁方向偏移，由此造成靠近上壁几个甚至整个叶栅通道流场均匀性较差，风洞栅前流场品质降低，无法满足高精度试验要求。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构及其设计方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
本申请的第一个方面提供了一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，包括：风洞上壁、风洞下壁以及设置在所述风洞上壁与所述风洞下壁之间的试验件，其中，
所述风洞上壁上开设有贯穿的倾斜通道，所述倾斜通道的中心与所述试验件上靠近所述风洞上壁的第一叶片前缘之间具有预定距离L。
可选地，所述倾斜通道为斜槽结构。
可选地，所述斜槽结构沿所述风洞上壁平行设置1～3条。
可选地，所述倾斜通道为斜孔结构。
可选地，所述斜孔结构沿所述风洞上壁平行设置2～5列，且相邻两列的斜孔结构相互交错排列。
本申请的第二个方面提供了一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构设计方法，基于如上所述的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，包括：
确定抽吸结构的轴向位置，具体包括：
根据亚音速平面叶栅风洞结构以及试验件安装方式，获取试验件上靠近风洞上壁的第一叶片前缘的位置；
获取叶片弦长C；
根据所述第一叶片前缘的位置和所述叶片弦长C确定抽吸结构的轴向位置，其中，抽吸结构的中心与第一叶片前缘之间的距离为L＝0.5C～1.5C，抽吸结构中心为于风洞上壁的内壁面上；
确定抽吸结构的倾斜角度，具体包括：抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为20°～70°；
确定抽吸结构的通道尺寸，具体包括：
根据亚音速平面叶栅风洞来流横截面面积A，确定抽吸结构的通道尺寸B，其中，B＝2％A～6％A，抽吸结构通道尺寸B为抽吸结构在风洞上壁的内壁面上的气流流通通道总面积。
可选地，所述确定抽吸结构的倾斜角度时：
当试验件在0°攻角状态下前缘额线与风洞轴线夹角β<45°时，抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为20°～45°；
当试验件在0°攻角状态下前缘额线与风洞轴线夹角β>45°时，抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为45°～70°。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，进行风洞试验时，使得低速区明显改善，气流角度偏移也得到修正，栅前流场品质满足试验需求，保证叶栅试验结果的准确性。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构示意图；
图2是本申请一个实施方式的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构的风洞上壁示意图；
图3是本申请另一个实施方式的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构的风洞上壁示意图。
其中：
1-风洞上壁；11-第一风洞上壁左板；12-第一风洞上壁右板；13-第二风洞上壁；2-风洞下壁；3-试验件。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图3对本申请做进一步详细说明。
本申请的第一个方面提供了一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，包括：风洞上壁1、风洞下壁2以及设置在风洞上壁1与风洞下壁2之间的试验件3。
具体的，如图1所示，在风洞上壁1上开设有贯穿的倾斜通道，倾斜通道的中心与试验件3上靠近风洞上壁1的第一叶片前缘之间具有预定距离L。
本申请的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，在风洞上壁1上开设抽吸结构，该抽吸结构为贯穿风洞上壁1的倾斜通道结构。在本申请的一个实施方式中，如图2所示，抽吸结构的一种结构形式为斜槽结构，该斜槽结构由第一风洞上壁左板11以及第一风洞上壁右板12组成，第一风洞上壁左板11以及第一风洞上壁右板12二者厚度及宽度一致。本实施例中，斜槽结构可沿风洞上壁1平行设置1～3条。在本申请的另一个实施方式中，抽吸结构的另一种结构形式为斜孔结构，此时，风洞上壁1为如图3所示的第二风洞上壁13的结构形式，斜孔结构与第二风洞上壁13的边缘距离L1<5mm，孔径Φ＝5～10mm，孔距L2＝0.5Φ～1Φ本实施例中，斜孔结构可由2～5列斜孔组成，两列孔距L3＝L2，列与列之间斜孔交错排列，每列孔圆心位于相邻列两孔圆心连线中点上，此种交错排列结构可使抽吸涵盖整个风洞上壁宽度范围，有利于提高流场均匀程度。
本申请的第二个方面提供了一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构设计方法，基于上述的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，方法包括：
确定抽吸结构的轴向位置；
确定抽吸结构的倾斜角度；
确定抽吸结构的通道尺寸；
根据抽吸结构的轴向位置、倾斜角度以及通道尺寸开设抽吸结构。
本申请的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构设计方法，确定抽吸结构的轴向位置，具体包括：
根据亚音速平面叶栅风洞结构以及试验件3安装方式，获取试验件3上靠近风洞上壁1的第一叶片前缘的位置；
获取叶片弦长C；
根据第一叶片前缘的位置和叶片弦长C确定抽吸结构的轴向位置，其中，抽吸结构的中心与第一叶片前缘之间的距离为L＝0.5C～1.5C，抽吸结构中心为于风洞上壁1的内壁面上；
本申请的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构设计方法，确定抽吸结构的倾斜角度，具体包括：抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为20°～70°；本实施例中，确定抽吸结构的倾斜角度时：当试验件3在0°攻角状态下前缘额线与风洞轴线夹角β<45°时，抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为20°～45°；当试验件3在0°攻角状态下前缘额线与风洞轴线夹角β>45°时，抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为45°～70°。
本申请的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构设计方法，确定抽吸结构的通道尺寸，具体包括：根据亚音速平面叶栅风洞来流横截面面积A(垂直风洞轴线)，确定抽吸结构的通道尺寸B，其中，B＝2％A～6％A，抽吸结构通道尺寸B为抽吸结构在风洞上壁1的内壁面上的气流流通通道总面积。
本申请的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构设计方法，可有效解决亚音速平面叶栅风洞栅前流场不均匀问题，提高流场品质以满足叶栅试验需求，保证试验结果准确可靠；能够解决栅前静压场不均匀问题，保证栅前同一轴向位置压力均匀性；能够解决栅前速度场不均匀问题，保证栅前同一轴向位置马赫数均匀性；能够解决栅前气流角不水平问题，保证栅前同一轴向位置气流与风洞轴向夹角趋近0°。
本申请的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构及其设计方法，通过对抽吸结构定位尺寸、结构尺寸及结构形式进行限制，经验证可有效提高亚音速平面叶栅风洞栅前流场品质，当采用此种结构进行抽吸时，低速区明显改善，气流角度偏移也得到修正，栅前流场品质满足试验需求，保证叶栅试验结果的准确性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，其特征在于，包括：风洞上壁(1)、风洞下壁(2)以及设置在所述风洞上壁(1)与所述风洞下壁(2)之间的试验件(3)，其中，
所述风洞上壁(1)上开设有贯穿的倾斜通道，所述倾斜通道的中心与所述试验件(3)上靠近所述风洞上壁(1)的第一叶片前缘之间具有预定距离L。
2.根据权利要求1所述的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，其特征在于，所述倾斜通道为斜槽结构。
3.根据权利要求2所述的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，其特征在于，所述斜槽结构沿所述风洞上壁(1)平行设置1～3条。
4.根据权利要求1所述的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，其特征在于，所述倾斜通道为斜孔结构。
5.根据权利要求4所述的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，其特征在于，所述斜孔结构沿所述风洞上壁(1)平行设置2～5列，且相邻两列的斜孔结构相互交错排列。
6.一种提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构设计方法，基于权利要求1至5任意一项所述的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构，其特征在于，包括：
确定抽吸结构的轴向位置，具体包括：
根据亚音速平面叶栅风洞结构以及试验件(3)安装方式，获取试验件(3)上靠近风洞上壁(1)的第一叶片前缘的位置；
获取叶片弦长C；
根据所述第一叶片前缘的位置和所述叶片弦长C确定抽吸结构的轴向位置，其中，抽吸结构的中心与第一叶片前缘之间的距离为L＝0.5C～1.5C，抽吸结构中心为于风洞上壁(1)的内壁面上；
确定抽吸结构的倾斜角度，具体包括：抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为20°～70°；
确定抽吸结构的通道尺寸，具体包括：
根据亚音速平面叶栅风洞来流横截面面积A，确定抽吸结构的通道尺寸B，其中，B＝2％A～6％A，抽吸结构通道尺寸B为抽吸结构在风洞上壁(1)的内壁面上的气流流通通道总面积。
7.根据权利要求6所述的提高平面叶栅风洞流场品质的抽吸结构设计方法，其特征在于，所述确定抽吸结构的倾斜角度时：
当试验件(3)在0°攻角状态下前缘额线与风洞轴线夹角β<45°时，抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为20°～45°；
当试验件(3)在0°攻角状态下前缘额线与风洞轴线夹角β>45°时，抽吸结构的倾斜角度α的取值范围设置为45°～70°。
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