CN113063603A - 一种用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱。该超声速试验舱为方形体,两个试验段圆盘与超声速试验舱的轴线平行,并列固定在壳体内的下表面,试验段圆盘的前端与壳体的气流入口法兰相接,两个试验段圆盘内壁和上下抽吸壁板、上下节流壁板之间的空间为试验段;两个试验段圆盘外壁与壳体之间的空间为试验段驻室;八个驱动装置上下对称,分别安装在壳体上、下表面和试验圆盘上,用以安装调节上下抽吸壁板、上下节流壁板;观察窗安装在壳体左右侧壁中心。该超声速试验舱功能全面、操作便捷,试验准备简单,试验精准度高,能够节省试验准备时间,改善流场品质,提高试验效率,方便快速地实现平面叶栅超声速流动模拟。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机基础研究试验设备领域,具体涉及一种用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱。
背景技术
航空叶轮机(包括风扇/压气机和涡轮)和燃气轮机是维持热力循环并产生推力的关键部件,其转/静叶片的气动外形决定了航空叶轮机和燃气轮机的气动性能。为设计出高性能的航空喷气发动机和燃气轮机,需要在叶栅(二维叶型)层面研究叶轮机的设计方法和流动特性。为了能在地面进行真实飞行条件下的叶栅通道流动气动特性试验研究,必须建造能够模拟实际飞行时叶栅流动马赫数和雷诺数等参数的地面设备,以保证能够在接近实际工作状态的条件下进行试验。尤其是研制适应高空环境和超声速流动的叶型及叶栅,必须模拟其在高空低雷诺数和高速飞行状态下的流动条件,进行大量的气动性能试验研究和技术验证,以分析研究叶栅通道内的流动机理、特点和规律,验证新的设计方案。
利用平面叶栅高空流动模拟装置开展超声速叶栅试验,需要对流场品质,尤其是流向角和叶栅的栅前压力分布进行精确调节;另外,为了模拟叶栅由堵塞工况向失速工况的变化,获得叶栅特性曲线,叶栅试验段也需要具备节流功能。目前,国内外开展超声速叶栅试验采用的流动模拟装置试验段通常具有以下缺点:一是上下抽吸板不具备角度调节和控制功能,试验段流向角无法根据实际测量结果进行自动调节修正,流场品质提高手段缺失。二是尾板普遍采用的手动调节方式,难以在试验过程根据叶栅的栅前静压分布情况实时调节上下尾板角度,达到改善试验来流流场品的目的;尾板手动操作时需要暂停试验,不但浪费气源,而且效率低下。三是上下挡板和上下节流器不具备角度自动调节和控制功能,普遍采用的手动调节方式,难以在试验过程根据叶栅的栅前、栅后静压比情况,实时调节上下挡板和上下节流器角度,实现叶栅由堵塞工况向失速工况变化,快速获得叶栅特性曲线;上下挡板和上下节流器手动操作时需要暂停试验,不但浪费气源,效率低下,而且无法获得连续静压比叶栅特性曲线;四是试验段没有驻室结构,大都采用开口排气方式,无法通过引射方式实现对试验背压的调节,对试验雷诺数模拟手段单一,范围有限,高空模拟能力不足。
当前,迫切需要发展一种带有驻室,具备上下抽吸壁板和上下节流壁板角度自动调节的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,满足先进航空发动机叶轮机和燃气轮机叶型叶栅超声速气动性能试验基础研究和技术验证的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱。
本发明的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特点是,所述的超声速试验舱为方形体,包括壳体、试验段圆盘、上下旋转壁板、上下可更换壁板、上下抽吸壁板调节装置、上下抽吸壁板、上下尾板调节装置、上下尾板、上下挡板、上下节流板调节装置、上下节流板、上下挡板调节装置和观察窗;两个试验段圆盘与超声速试验舱的轴线平行,左右并列固定在壳体内的下表面,试验段圆盘的前端与壳体的气流入口法兰相接;沿顺气流方向上下旋转壁板、上下可更换壁板和上下抽吸壁板依次通过螺钉螺母固联;上下尾板通过销轴安装于上下抽吸壁板的尾端;上下旋转壁板通过4个转轴与两个试验段圆盘的气流入口端相连;上下抽吸壁板调节装置的固定端通过销轴与壳体上、下端面连接,运动端通过销轴与上下抽吸壁板上下端面连接;上下尾板调节装置固定端安装于两个试验段圆盘之间,运动端与上下尾板上、下端面连接;上下挡板气流入口端通过销轴与安装在试验圆盘上的叶栅试验件连接;上下节流板通过销轴与上下挡板的气流出口端相连;上下挡板调节装置的固定端通过销轴安装于试验段圆盘上,运动端通过销轴与上下挡板的上下端面连接;上下节流板调节装置的固定端通过销轴与试验段圆盘连接,运动端与上下节流板的上、下端面连接;两个试验段圆盘内壁、上下可更换壁板和上下抽吸壁板、上下挡板之间的空间为试验段;两个试验段圆盘外壁与壳体之间的空间为试验段驻室;观察窗安装在壳体左右侧壁中心;
所述的上下抽吸壁板和上下尾板具有流场品质调节功能,通过调节超声速试验舱试验段上下抽吸壁板的角度,调节试验段流向角,实现流场品质的调节;通过调节上下尾板的角度,调节叶栅试验件的栅前压力分布,改善试验来流流场品质;
所述的上下挡板和上下节流板具有节流功能,通过调节超声速试验舱试验段上下挡板的位置和上下节流板的角度,调节试验段叶栅试验件的栅前、栅后静压比,实现叶栅试验件由堵塞工况向失速工况变化,获得叶栅特性曲线。
进一步地,所述的试验段内壁的表面粗糙度小于Ra3.2。
进一步地,所述的观察窗为光学玻璃观察窗。
进一步地,所述的上下抽吸壁板角度调节范围为±0.5°~±1°;上下尾板角度调节范围为0°~90°。
进一步地,所述的上下挡板角度调节范围为0°~45°;上下节流板角度调节范围为0°~90°。
进一步地,所述的上下抽吸壁板的壁面为多孔壁板,开有通孔,开孔率为4.5%~6.5%。
进一步地,所述的上下抽吸壁板的壁面通孔为斜孔,斜孔的中心线与试验段气流中心线之间的夹角为25°~35°。
进一步地,所述的上下抽吸壁板调节装置、上下尾板调节装置、上下挡板调节装置和上下节流板调节装置为丝杠或电动缸。本发明的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,能够方便快速地实现平面叶栅超声速和高空低雷诺数流动模拟。
本发明的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱功能全面、操作便捷,试验准备简单,流场品质优良,试验精准度高,能够节省试验准备时间,提高试验效率。
附图说明
图1为本发明的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱的结构示意图。
图2为本发明的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱的安装示意图。
图中,1.超声速试验舱2.变马赫数喷管3.安装平台;
101.壳体102.试验段圆盘103.上下旋转壁板104.上下可更换壁板105.上下抽吸壁板调节装置106.上下抽吸壁板107.上下尾板调节装置108.上下尾板109.上下挡板110.上下挡板调节装置111.上下节流板112.上下节流板调节装置113.观察窗;
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1所示,本发明的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱1为方形体,包括壳体101、试验段圆盘102、上下旋转壁板103、上下可更换壁板104、上下抽吸壁板调节装置105、上下抽吸壁板106、上下尾板调节装置107、上下尾板108、上下挡板109、上下节流板调节装置112、上下节流板111、上下挡板调节装置110和观察窗113;两个试验段圆盘102与超声速试验舱1的轴线平行,左右并列固定在壳体101内的下表面,试验段圆盘102的前端与壳体101的气流入口法兰相接;沿顺气流方向上下旋转壁板103、上下可更换壁板104和上下抽吸壁板106依次通过螺钉螺母固联;上下尾板108通过销轴安装于上下抽吸壁板106的尾端;上下旋转壁板103通过4个转轴与两个试验段圆盘102的气流入口端相连;上下抽吸壁板调节装置105的固定端通过销轴与壳体101上、下端面连接,运动端通过销轴与上下抽吸壁板106上下端面连接;上下尾板调节装置107固定端安装于两个试验段圆盘102之间,运动端与上下尾板108上、下端面连接;上下挡板109气流入口端通过销轴与安装在试验圆盘上的叶栅试验件连接;上下节流板111通过销轴与上下挡板109的气流出口端相连;上下挡板调节装置110的固定端通过销轴安装于试验段圆盘102上,运动端通过销轴与上下挡板109的上下端面连接;上下节流板调节装置112的固定端通过销轴与试验段圆盘102连接,运动端与上下节流板111的上、下端面连接;两个试验段圆盘102内壁、上下可更换壁板104和上下抽吸壁板106、上下挡板109之间的空间为试验段;两个试验段圆盘102外壁与壳体101之间的空间为试验段驻室;观察窗113安装在壳体101左右侧壁中心;
所述的上下抽吸壁板106和上下尾板108具有流场品质调节功能,通过调节超声速试验舱试验段上下抽吸壁板106的角度,调节试验段流向角,实现流场品质的调节;通过调节上下尾板108的角度,调节叶栅试验件的栅前压力分布,改善试验来流流场品质;
所述的上下挡板109和上下节流板111具有节流功能,通过调节超声速试验舱试验段上下挡板109的位置和上下节流板111的角度,调节试验段叶栅试验件的栅前、栅后静压比,实现叶栅试验件由堵塞工况向失速工况变化,获得叶栅特性曲线。
进一步地,所述的试验段内壁的表面粗糙度小于Ra3.2。
进一步地,所述的观察窗113为光学玻璃观察窗。
进一步地,所述的上下抽吸壁板106角度调节范围为±0.5°~±1°;上下尾板108角度调节范围为0°~90°。
进一步地,所述的上下挡板109角度调节范围为0°~45°;上下节流板111角度调节范围为0°~90°。
进一步地,所述的上下抽吸壁板106的壁面为多孔壁板,开有通孔,开孔率为4.5%~6.5%。
进一步地,所述的上下抽吸壁板106的壁面通孔为斜孔,斜孔的中心线与试验段气流中心线之间的夹角为25°~35°。
进一步地,所述的上下抽吸壁板调节装置105、上下尾板调节装置107、上下挡板调节装置110和上下节流板调节装置112为丝杠或电动缸。
实施例1
如图2所示,本实施例的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱1安装在安装平台3上,在安装平台3上沿气流方向顺序连接有变马赫数喷管2和超声速试验舱1;超声速试验舱1内安装有叶栅试验件,超声速试验舱1左右侧壁中心安装有观察窗113。
变马赫数喷管2为二维方形喷管,具有马赫数1.0~马赫数2.0的亚跨超声速喷管型面调节功能,用于调节超声速试验舱1的来流马赫数。
流场校测表明,超声速试验舱1的试验段的流场核心区在马赫数1.6时的偏差优于0.01,达到了《低速风洞和高速风洞流场品质要求》GJB 1179A-2012的先进指标。
尽管本发明的实施方案已公开如上,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特征在于,所述的超声速试验舱(1)为方形体,包括壳体(101)、试验段圆盘(102)、上下旋转壁板(103)、上下可更换壁板(104)、上下抽吸壁板调节装置(105)、上下抽吸壁板(106)、上下尾板调节装置(107)、上下尾板(108)、上下挡板(109)、上下节流板调节装置(112)、上下节流板(111)、上下挡板调节装置(110)和观察窗(113);两个试验段圆盘(102)与超声速试验舱(1)的轴线平行,左右并列固定在壳体(101)内的下表面,试验段圆盘(102)的前端与壳体(101)的气流入口法兰相接;沿顺气流方向上下旋转壁板(103)、上下可更换壁板(104)和上下抽吸壁板(106)依次通过螺钉螺母固联;上下尾板(108)通过销轴安装于上下抽吸壁板(106)的尾端;上下旋转壁板(103)通过4个转轴与两个试验段圆盘(102)的气流入口端相连;上下抽吸壁板调节装置(105)的固定端通过销轴与壳体(101)上、下端面连接,运动端通过销轴与上下抽吸壁板(106)上下端面连接;上下尾板调节装置(107)固定端安装于两个试验段圆盘(102)之间,运动端与上下尾板(108)上、下端面连接;上下挡板(109)气流入口端通过销轴与安装在试验圆盘上的叶栅试验件连接;上下节流板(111)通过销轴与上下挡板(109)的气流出口端相连;上下挡板调节装置(110)的固定端通过销轴安装于试验段圆盘(102)上,运动端通过销轴与上下挡板(109)的上下端面连接;上下节流板调节装置(112)的固定端通过销轴与试验段圆盘(102)连接,运动端与上下节流板(111)的上、下端面连接;两个试验段圆盘(102)内壁、上下可更换壁板(104)和上下抽吸壁板(106)、上下挡板(109)之间的空间为试验段;两个试验段圆盘(102)外壁与壳体(101)之间的空间为试验段驻室;观察窗(113)安装在壳体(101)左右侧壁中心;
所述的上下抽吸壁板(106)和上下尾板(108)具有流场品质调节功能,通过调节超声速试验舱试验段上下抽吸壁板(106)的角度,调节试验段流向角,实现流场品质的调节;通过调节上下尾板(108)的角度,调节叶栅试验件的栅前压力分布,改善试验来流流场品质;
所述的上下挡板(109)和上下节流板(111)具有节流功能,通过调节超声速试验舱试验段上下挡板(109)的位置和上下节流板(111)的角度,调节试验段叶栅试验件的栅前、栅后静压比,实现叶栅试验件由堵塞工况向失速工况变化,获得叶栅特性曲线。
2.根据权利要求1所述的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特征在于,所述的试验段内壁的表面粗糙度小于Ra3.2。
3.根据权利要求1所述的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特征在于,所述的观察窗(113)为光学玻璃观察窗。
4.根据权利要求1所述的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特征在于,所述的上下抽吸壁板(106)角度调节范围为±0.5°~±1°;上下尾板(108)角度调节范围为0°~90°。
5.根据权利要求1所述的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特征在于,所述的上下挡板(109)角度调节范围为0°~45°;上下节流板(111)角度调节范围为0°~90°。
6.根据权利要求1所述的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特征在于,所述的上下抽吸壁板(106)的壁面为多孔壁板,开有通孔,开孔率为4.5%~6.5%。
7.根据权利要求1所述的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特征在于,所述的上下抽吸壁板(106)的壁面通孔为斜孔,斜孔的中心线与试验段气流中心线之间的夹角为25°~35°。
8.根据权利要求1所述的用于平面叶栅高空流动模拟的超声速试验舱,其特征在于,所述的上下抽吸壁板调节装置(105)、上下尾板调节装置(107)、上下挡板调节装置(110)和上下节流板调节装置(112)为丝杠或电动缸。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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