第十章 叶栅风洞实验
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* 再测出：总压损失系数ϖ＝（Pw1 − Pw 2 ) / ρ1W12 2 *
还可以是：CY .C X
则可以得到平面叶栅正常特性
∆β = f β (i )
ϖ = fω (i )
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可以得到叶栅设计工作点： 可以得到叶栅设计工作点：转折角尽可能大而总压损失 及加功量尽量大， 不太大 (及加功量尽量大，效率又高的工作点） 及加功量尽量大 效率又高的工作点）
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二、 动力系统试验装置
1. 装置类型
静止型：叶栅实验－平面叶栅和环形叶栅。 静止型：叶栅实验－平面叶栅和环形叶栅。 动态型：压气机和涡轮试验台。 动态型：压气机和涡轮试验台。
2. 叶栅参数
几何参数：叶型－中线、弦长、弯曲角（前缘角、后缘角 几何参数：叶型－中线、弦长、弯曲角（前缘角、后缘角) 最大厚度及位置、最大弯度及位置。 最大厚度及位置、最大弯度及位置。 稠度－ 稠度－叶弦和间距的比 安装角－ 安装角－叶弦和额线夹角 前缘构造角、 前缘构造角、后缘构造角 气动参数：气流进口角－ 气动参数：气流进口角－叶型来流和前缘额线夹角 气流出口角 －叶型出流和后缘额线夹角 气流转折角 基元级速度三角形 见下图: 见下图
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3.航空发动机简述 航空发动机简述 • 涡喷－ 来流 压气机
带动旋转部件
提高压力
燃烧室
喷油点火
涡轮
尾喷管内高温高压气体 膨胀作功 • • • • • • 涡桨 涡扇 涡轴 总要求： 达到一定增压比 效率高、尺寸小、重量轻 适当喘振裕度
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4.高品质发动机技术途径
• 高增压比
* * π kst = (η kst Lkst / 1005T1* + 1) * ηkst − 级的绝热效率 K K −1
压气机燃烧室涡轮尾喷管内高温高压气体膨胀作功适当喘振裕度提高压力喷油点火带动旋转部件高增压比提高级加功量级的绝热效率kstkstkstkstkstkstca工作轮叶片扭速基元叶片圆周速度提高压气机效率分析效率
叶栅风洞实验 一引论 1. 叶片机分类 • 对工质作功的机器－增压或增加动能 • 从工质中获取能量而得到有用的轴上功的机器 两类机器的能量转换都是通过在工质中旋转一定形状和一定 数量的叶片来实现。 数量的叶片来实现。 2. 定义 在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片， 在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片，通过叶片和工 质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器， 质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器，统称 为叶片机。 为叶片机。
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C1 W1 U C1a C1u
叶栅几何参数和气动参数 示意图
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3.实验要求 实验要求
• 已知量 叶栅几何参数： 叶栅几何参数： 稠度b / t ; 翼型弯曲角θ；前缘构造角β1c ; 后缘构造角β 2 c • 实验自变量：冲角 实验自变量：冲角I • 实验测量值： 实验测量值： 气流转折角∆β；
ϖ
=
ρ 1w
2 1
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则可以得到平面叶栅特性
∆β = f β (i)
由此，即可得到
压气机扩压特性（增压)， 加功量大而损失小。
ϖ = fw (i)
效率特性
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C1=C1a 已知： 当不考虑转 子叶片前的 定子叶片的 预扭作用时 C1=C1a C1a为进口气 流的轴向分 速。 C1a W1 β1 U=(2πnu/60)r 轴向速度C1； 对应转子转速U； 进气角β1可知。 则来流冲角I可求： I=β1c-β1
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叶栅风洞实验 一引论 1. 叶片机分类 • 对工质作功的机器－增压或增加动能 • 从工质中获取能量而得到有用的轴上功的机器 两类机器的能量转换都是通过在工质中旋转一定形状和一定 数量的叶片来实现。 数量的叶片来实现。 2. 定义 在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片， 在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片，通过叶片和工 质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器， 质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器，统称 为叶片机。 为叶片机。
Lkst－级的加功量
提高级加功量
Lkst = U ⋅ ∆WU U − 基元叶片圆周速度 ∆WU－工作轮叶片扭速 2πnk U = ⋅r 60 ∆WU = Ca1.55 (1 + 1.5 ⋅ bt )
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• 提高压气机效率分析
效率: 效率 下列参数的函数 叶栅稠度（b/t);
Ca =
( )− 轴向速度的无因次量
) / 2 ) − 级前、后径向速度平均值的无因次量 U
• 减小压气机径向尺寸
加大机的流通能力－一定流量下，减小轮毂比。
• 减轻重量 减少级数；加大流通能力 综上：优秀的压气机应该具有：在安全可靠工作前提下， 高的加功量； 高流通能力； 高效率； 小尺寸和低重量
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4.实验
• 测量参数 每一组叶栅，需测量如下参数： 栅前－－P1 ,P*W1 ,T*1 ,β1 栅后－－P*W2 , β2 • 数据处理 ⑴由β1c可得到冲角I(= β1c- β1) ⑵ 由测量的 β2和已知的β2c,算出落后角δ（ δ＝ β2c－ β2） ⑶由β1， β2 算出气流转折角（△ β＝ β2 － β1） ⑷由测量 T*1 栅前临界音速（acr1=(2/(k+1)×kR T*1 )1/2) ⑸由测量的 P1 ,P*W1 π（ λ w1)和τ（λw1) ⑹算出栅前相对速度 W1= λ w1× acr1 ⑺算出进口气流的静温 T1＝ T*1 /τ1（λw1) ⑻由P1和T1算出叶栅前气流密度 ρ1＝p1/RT1 * * ⑼算出叶栅总压损失系数 2 ( p w1 − p w 2 )
还可以是：CY .C X
则可以得到平面叶栅正常特性
∆β = f β (i )
ϖ = fω (i )
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可以得到叶栅设计工作点： 可以得到叶栅设计工作点：转折角尽可能大而总压损失 及加功量尽量大， 不太大 (及加功量尽量大，效率又高的工作点） 及加功量尽量大 效率又高的工作点）
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二、 动力系统试验装置
1. 装置类型
静止型：叶栅实验－平面叶栅和环形叶栅。 静止型：叶栅实验－平面叶栅和环形叶栅。 动态型：压气机和涡轮试验台。 动态型：压气机和涡轮试验台。
2. 叶栅参数
几何参数：叶型－中线、弦长、弯曲角（前缘角、后缘角 几何参数：叶型－中线、弦长、弯曲角（前缘角、后缘角) 最大厚度及位置、最大弯度及位置。 最大厚度及位置、最大弯度及位置。 稠度－ 稠度－叶弦和间距的比 安装角－ 安装角－叶弦和额线夹角 前缘构造角、 前缘构造角、后缘构造角 气动参数：气流进口角－ 气动参数：气流进口角－叶型来流和前缘额线夹角 气流出口角 －叶型出流和后缘额线夹角 气流转折角 基元级速度三角形 见下图: 见下图
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3.航空发动机简述 航空发动机简述 • 涡喷－ 来流 压气机
带动旋转部件
提高压力
燃烧室
喷油点火
涡轮
尾喷管内高温高压气体 膨胀作功 • • • • • • 涡桨 涡扇 涡轴 总要求： 达到一定增压比 效率高、尺寸小、重量轻 适当喘振裕度
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4.高品质发动机技术途径
• 高增压比
* * π kst = (η kst Lkst / 1005T1* + 1) * ηkst − 级的绝热效率 K K −1
压气机燃烧室涡轮尾喷管内高温高压气体膨胀作功适当喘振裕度提高压力喷油点火带动旋转部件高增压比提高级加功量级的绝热效率kstkstkstkstkstkstca工作轮叶片扭速基元叶片圆周速度提高压气机效率分析效率
叶栅风洞实验 一引论 1. 叶片机分类 • 对工质作功的机器－增压或增加动能 • 从工质中获取能量而得到有用的轴上功的机器 两类机器的能量转换都是通过在工质中旋转一定形状和一定 数量的叶片来实现。 数量的叶片来实现。 2. 定义 在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片， 在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片，通过叶片和工 质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器， 质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器，统称 为叶片机。 为叶片机。
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C1 W1 U C1a C1u
叶栅几何参数和气动参数 示意图
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3.实验要求 实验要求
• 已知量 叶栅几何参数： 叶栅几何参数： 稠度b / t ; 翼型弯曲角θ；前缘构造角β1c ; 后缘构造角β 2 c • 实验自变量：冲角 实验自变量：冲角I • 实验测量值： 实验测量值： 气流转折角∆β；
ϖ
=
ρ 1w
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则可以得到平面叶栅特性
∆β = f β (i)
由此，即可得到
压气机扩压特性（增压)， 加功量大而损失小。
ϖ = fw (i)
效率特性
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C1=C1a 已知： 当不考虑转 子叶片前的 定子叶片的 预扭作用时 C1=C1a C1a为进口气 流的轴向分 速。 C1a W1 β1 U=(2πnu/60)r 轴向速度C1； 对应转子转速U； 进气角β1可知。 则来流冲角I可求： I=β1c-β1
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叶栅风洞实验 一引论 1. 叶片机分类 • 对工质作功的机器－增压或增加动能 • 从工质中获取能量而得到有用的轴上功的机器 两类机器的能量转换都是通过在工质中旋转一定形状和一定 数量的叶片来实现。 数量的叶片来实现。 2. 定义 在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片， 在工质中旋转一定形状和一定数量的叶片，通过叶片和工 质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器， 质的相互作用，给工质加入或自工质取得能量的机器，统称 为叶片机。 为叶片机。
Lkst－级的加功量
提高级加功量
Lkst = U ⋅ ∆WU U − 基元叶片圆周速度 ∆WU－工作轮叶片扭速 2πnk U = ⋅r 60 ∆WU = Ca1.55 (1 + 1.5 ⋅ bt )
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• 提高压气机效率分析
效率: 效率 下列参数的函数 叶栅稠度（b/t);
Ca =
( )− 轴向速度的无因次量
) / 2 ) − 级前、后径向速度平均值的无因次量 U
• 减小压气机径向尺寸
加大机的流通能力－一定流量下，减小轮毂比。
• 减轻重量 减少级数；加大流通能力 综上：优秀的压气机应该具有：在安全可靠工作前提下， 高的加功量； 高流通能力； 高效率； 小尺寸和低重量
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4.实验
• 测量参数 每一组叶栅，需测量如下参数： 栅前－－P1 ,P*W1 ,T*1 ,β1 栅后－－P*W2 , β2 • 数据处理 ⑴由β1c可得到冲角I(= β1c- β1) ⑵ 由测量的 β2和已知的β2c,算出落后角δ（ δ＝ β2c－ β2） ⑶由β1， β2 算出气流转折角（△ β＝ β2 － β1） ⑷由测量 T*1 栅前临界音速（acr1=(2/(k+1)×kR T*1 )1/2) ⑸由测量的 P1 ,P*W1 π（ λ w1)和τ（λw1) ⑹算出栅前相对速度 W1= λ w1× acr1 ⑺算出进口气流的静温 T1＝ T*1 /τ1（λw1) ⑻由P1和T1算出叶栅前气流密度 ρ1＝p1/RT1 * * ⑼算出叶栅总压损失系数 2 ( p w1 − p w 2 )