CN112985742B - 一种平面叶栅风洞出口段背压调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面叶栅风洞出口段背压调节装置，压力箱、上扩散板、下扩散板均设置在平面叶栅的下游，并形成为平面叶栅的风洞出口段，压力箱或上扩散板的上表面固定设置一上支撑部件，上支撑部件的上端以上下可调的方式连接在风洞上壁上，下扩散板的下表面固定设置一下支撑部件，下支撑部件的下端以上下可调的方式连接在风洞下壁上，上扩散板的下表面活动连接一角度可调的节流板，通过调节节流板的打开角度，可改变平面叶栅的出口通流面积，进而调节平面叶栅的风洞出口段的背压，压力箱的下壁为多孔结构，内部为空腔结构，用于吸入下壁面低速流体，抑制附面层发展，提升通流能力，改善叶栅出口的周期性，提高风洞流动品质。

Description

一种平面叶栅风洞出口段背压调节装置

技术领域

本发明属于叶轮机械风洞试验领域，更具体地，涉及一种平面叶栅风洞出口段背压调节装置，其利用可调部件和机构，实现平面叶栅风洞出口段背压的连续可调，并可以改善平面叶栅风洞出口段流动的周期性，本发明设计的平面叶栅风洞出口段背压调节装置具有使用简单、效果明显、通用性好、成本低等技术优点。

背景技术

在航空发动机叶片的基础研究以及设计中，普遍采用平面叶栅试验的方法进行测量和验证，而叶栅性能的好坏直接影响航空发动机的性能指标。详细研究叶栅流道内复杂的流场结构、损失机理、振动特性，探索降低叶栅流道内的能量损失以及改善叶栅气动性能的方法，已经成为提高航空发动机性能的重要研究内容。

在平面叶栅风洞的设计中，叶栅出口段起到排气和调节背压的作用。叶栅出口段可采用开放设计、连接真空箱等方式，其中开放设计无法进行背压的调节，而真空箱可进行背压调节，但加工和使用成本高。

综上分析可知，对于平面叶栅风洞出口段的设计和应用，在增强可调节性及适用性、降低经济及时间成本等方面仍有提升改进空间。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种平面叶栅风洞出口段背压调节装置，其利用可调部件和机构，实现平面叶栅风洞出口段背压的连续可调，并可以改善平面叶栅出口段流动的周期性，本发明设计的平面叶栅风洞出口段背压调节装置具有使用简单、效果明显、通用性好、成本低等技术优点。

本发明为实现其技术目的所提出的技术方案为：

一种平面叶栅风洞出口段背压调节装置，包括一压力箱、一上扩散板和一下扩散板，其特征在于，

所述压力箱、上扩散板设置在所述下扩散板的上方，且所述压力箱、上扩散板临近风洞上壁设置，所述下扩散板临近风洞下壁设置，所述风洞上壁与风洞下壁之间的空间形成为风洞流道，

所述风洞流道中布置一从上到下排布而成的平面叶栅，且所述压力箱、上扩散板、下扩散板均设置在所述平面叶栅的下游，并形成为所述平面叶栅的风洞出口段，

所述压力箱固定设置在所述上扩散板的前端，且其下表面与所述上扩散板的下表面光滑过渡连接并形成为一连续的空气动力学表面，

所述压力箱的前缘对准所述平面叶栅中位于最上方的叶片的尾缘，并留有一定间隙，所述压力箱、上扩散板的下表面形成为所述平面叶栅的风洞出口段的上壁，

所述下扩散板的前缘对准所述平面叶栅中位于最下方的叶片尾缘，并留有一定间隙，所述下扩散板的上表面形成为所述平面叶栅的风洞出口段的下壁，

所述压力箱或上扩散板的上表面固定设置一上支撑部件，所述上支撑部件的上端以上下可调的方式连接在所述风洞上壁上，通过调节所述上支撑部件在所述风洞上壁上的伸出长度以调节所述压力箱和上扩散板的倾斜角度，所述下扩散板的下表面固定设置一下支撑部件，所述下支撑部件的下端以上下可调的方式连接在所述风洞下壁上，通过调节所述下支撑部件在所述风洞下壁上的伸出长度以调节所述下扩散板的倾斜角度，所述上扩散板、下扩散板的倾斜角度根据所述平面叶栅的出口气流角调节；

所述上扩散板的下表面活动连接一角度可调的节流板，所述节流板处于完全关闭状态时，其下表面与所述上扩散板的下表面平齐，通过调节所述节流板的打开角度，可改变所述平面叶栅的出口通流面积，进而调节所述平面叶栅的风洞出口段的背压。

优选地，所述节流板的前端通过一转轴机构与所述上扩散板的下表面转动连接，所述节流板的上表面设置一节流板调节杆，所述节流板调节杆的上端以上下位置可调的方式设置在所述风洞上壁上。

优选地，所述压力箱的下壁为多孔结构，内部为空腔结构，用于吸入下壁面低速流体，抑制附面层发展，提升通流能力，改善叶栅出口的周期性，提高风洞流动品质。

优选地，所述下支撑部件伸入所述风洞下壁开有的长槽，并通过所述风洞下壁双侧的螺栓进行固定，通过该方式，可以实现所述下扩散板前后位置和角度调整。

同现有技术相比，本发明主要具备以下的技术优点：

(1)效果明显：本发明通过出口调节机构，主要是上下扩散板的支撑部件的调节和固定方式，以及节流板的角度调节方式，可实现出口背压的连续可变，同时通过设置压力箱结构，并可以有效改善出口流场的周期性，提高了流动品质；本发明设计的调节机构使用简单、效果明显。

(2)通用性好：本发明可广泛应用于各类平面叶栅风洞中。

(3)成本低：本发明采用的设计、材料、加工成本低；本发明有效的降低了风洞的建设和使用成本，提高了试验效率，适用于各种科学研究和工程试验的要求。

附图说明

图1是本发明实施例的平面叶栅风洞出口段背压调节装置结构示意图；

图2是本发明实施例的压力箱结构示意图。

图3是本发明实施例的部件固定方式示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-压力箱，2-上扩散板，3-上支撑部件，4-风洞上壁，5-下扩散板，6-下支撑部件，7-风洞下壁，8-节流板，9-节流板调节机构，10-平面叶栅。所有附图中，左侧为气流上游，右侧为气流下游。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本发明的一个实施例。

如图1、3所示，本发明实施例提供的平面叶栅风洞出口段背压调节装置，该装置包括一压力箱1、一上扩散板2和一下扩散板5，压力箱1、上扩散板2设置在下扩散板5的上方，且压力箱1、上扩散板2临近风洞上壁4设置，下扩散板5临近风洞下壁7设置，风洞上壁4与风洞下壁7之间的空间形成为风洞流道，风洞流道中布置一从上到下排布而成的平面叶栅10，且压力箱1、上扩散板2、下扩散板5均设置在平面叶栅10的下游，并形成为平面叶栅10的风洞出口段。

压力箱1固定设置在上扩散板2的前端，且其下表面与上扩散板2的下表面光滑过渡连接并形成为一连续的空气动力学表面，压力箱1的前缘对准平面叶栅10中位于最上方的叶片的尾缘，并留有一定间隙，压力箱1、上扩散板2的下表面形成为平面叶栅10的风洞出口段的上壁，下扩散板5的前缘对准平面叶栅10中位于最下方的叶片尾缘，并留有一定间隙，下扩散板5的上表面形成为平面叶栅10的风洞出口段的下壁。

压力箱1或上扩散板2的上表面固定设置一上支撑部件3，上支撑部件3的上端以上下可调的方式连接在风洞上壁4上，通过调节上支撑部件3在风洞上壁4上的伸出长度以调节压力箱1和上扩散板2的倾斜角度，下扩散板5的下表面固定设置一下支撑部件6，下支撑部件6的下端以上下可调的方式连接在风洞下壁7上，通过调节下支撑部件6在风洞下壁7上的伸出长度以调节下扩散板5的倾斜角度，上扩散板2、下扩散板5的倾斜角度根据平面叶栅10的出口气流角调节。

上扩散板2的下表面活动连接一角度可调的节流板8，节流板8处于完全关闭状态时，其下表面与上扩散板2的下表面平齐，通过调节节流板8的打开角度，可改变平面叶栅10的出口通流面积，进而调节平面叶栅10的风洞出口段的背压。

更加具体的，如图1、3所示，压力箱1与上扩散板2相连接，位于上扩散板2之前。上扩散板2通过螺栓与上支撑部件3相连接，上支撑部件3通过螺栓固定于风洞上壁4。下扩散板5通过螺栓与下支撑部件6相连接，下支撑部件6通过螺栓固定于风洞下壁7。

本发明优选的实例中，节流板8的前端通过一转轴机构与上扩散板2的下表面转动连接，节流板8的上表面设置一节流板调节杆9，节流板调节杆9的上端以上下位置可调的方式设置在风洞上壁4上。更加具体的，如图1、3所示，节流板8通过上扩散板2前部的转轴机构与其相连接。节流板调节杆9通过螺栓与节流板8的上表面相连。

如图2所示，压力箱1的下壁为多孔结构，内部为空腔结构，用于吸入下壁面低速流体，抑制附面层发展，提升通流能力，改善叶栅出口的周期性，提高风洞流动品质。

如图3所示，上支撑部件3穿过风洞上壁4开有的长孔，并通过风洞上壁4双侧的螺栓进行固定；通过该方式，可以实现压力箱1和上扩散板2较大幅度的前后位置和角度调整，适用于压气机叶栅以及涡轮叶栅试验。

如图3所示，下支撑部件6伸入风洞下壁7开有的长槽，并通过风洞下壁7双侧的螺栓进行固定；通过该方式，可以实现下扩散板5前后位置和角度调整。

如图3所示，节流板8可沿扩散板2前部的转轴机构旋转，用于改变出口通流面积，进而调节出口背压。节流板调节机构9由调节壁和长螺栓组成，其中长螺栓穿过风洞上壁4，可上下拉动，确定好位置后固定在风洞上壁4外侧。

平面叶栅10是风洞试验测试件，位于出口背压调节机构上游。压力箱1和下扩散板5前缘对准叶栅10中的叶片尾缘，并留有一定间隙；压力箱1、上扩散板2和下扩散板5的角度根据叶栅出口气流角调节。

通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (3)

1.一种平面叶栅风洞出口段背压调节装置，包括一压力箱、一上扩散板和一下扩散板，其特征在于，

所述压力箱、上扩散板设置在所述下扩散板的上方，且所述压力箱、上扩散板临近风洞上壁设置，所述下扩散板临近风洞下壁设置，所述风洞上壁与风洞下壁之间的空间形成为风洞流道，

所述风洞流道中布置一从上到下排布而成的平面叶栅，且所述压力箱、上扩散板、下扩散板均设置在所述平面叶栅的下游，并形成为所述平面叶栅的风洞出口段，

所述压力箱固定设置在所述上扩散板的前端外侧，且其下表面与所述上扩散板的下表面光滑过渡连接并形成为一连续的空气动力学表面，

所述压力箱的前缘对准且临近所述平面叶栅中位于最上方的叶片的尾缘布置，并留有一定间隙，所述压力箱、上扩散板的下表面形成为所述平面叶栅的风洞出口段的上壁，

所述下扩散板的前缘对准且临近所述平面叶栅中位于最下方的叶片尾缘布置，并留有一定间隙，所述下扩散板的上表面形成为所述平面叶栅的风洞出口段的下壁，

所述压力箱或上扩散板的上表面固定设置一倾斜布置的上支撑部件，所述上支撑部件的上端以上下可调的方式连接在所述风洞上壁上，通过调节所述上支撑部件在所述风洞上壁上的伸出长度以调节所述压力箱和上扩散板的前后位置和倾斜角度，所述下扩散板的下表面固定设置一倾斜布置的下支撑部件，所述下支撑部件的下端以上下可调的方式连接在所述风洞下壁上，通过调节所述下支撑部件在所述风洞下壁上的伸出长度以调节所述下扩散板的前后位置和倾斜角度，所述上扩散板、下扩散板的前后位置和倾斜角度根据所述平面叶栅的出口气流角调节；

所述上扩散板的下表面活动连接一角度可调的节流板，所述节流板在流向上位于所述压力箱的下表面的下游并临近所述压力箱的下表面的后端布置，且所述节流板处于完全关闭状态时，其下表面与所述上扩散板的下表面平齐，通过调节所述节流板的打开角度，可改变所述平面叶栅的出口通流面积，进而调节所述平面叶栅的风洞出口段的背压；

所述压力箱的下表面为多孔结构，内部为空腔结构，用于吸入所述压力箱下表面上的低速流体，抑制附面层发展，提升通流能力，改善叶栅出口的周期性，提高风洞流动品质。

2.根据权利要求1所述的平面叶栅风洞出口段背压调节装置，其特征在于，所述节流板的前端通过一转轴机构与所述上扩散板的下表面转动连接，所述节流板的上表面设置一节流板调节杆，所述节流板调节杆的上端以上下位置可调的方式设置在所述风洞上壁上。

3.根据权利要求1所述的平面叶栅风洞出口段背压调节装置，其特征在于，所述下支撑部件伸入所述风洞下壁开设的长槽，并通过所述风洞下壁双侧的螺栓进行固定，通过该方式，实现所述下扩散板前后位置和角度调整。

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