平面叶栅特性
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气流在前驻点分成两股，分别流向叶背和叶盆。由于前缘半径r1 很小，所以曲率就很大，这就造成绕小圆流动时角加速度很大的 加速流动。由于叶背型面为外凸型，叶背的气流达到更高的速度， 由图所示，可能在D点达到声速，在D点以后超声流绕叶背的凸面 流动就会产生膨胀波而继续加速。图中虚线表示膨胀波，点划线 则表示声速线，当达到E点时产生一道激波，波后流速降为亚声速， 并进一步减速至尾缘。
更方便，因而应用更多。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
3、叶栅稠度τ： 稠度τ等于弦长和栅距t的比值，即τ=b/t，
表示叶栅相对稠密的程度，也叫叶栅实度。
4、几何进口角β1k和几何出口角β2k ： 分别是中弧线在前缘点A和后缘点B处的切线和
额线的夹角。它们可由叶型的前后缘角X1和X2以及 安装角βy计算出来。这两个角度是确定气流在叶 栅进口处和出口处方向的参考基准。
6、叶型弯角： 弯角等于前缘角与后缘角之和，它表示叶型弯曲的程
度，值越大，则叶型弯曲越厉害。 7、叶型型面坐标：叶型的型面通常用坐标来表示。亚声基
元级的叶型坐标通常是选定的原始叶型（由风洞吹风试 验获得的最佳对称叶型厚度沿弦长的分布）覆盖在确定 的中线上获得的。叶型的凸面又称吸力面或叶背，叶型 的凹面又称压力面或叶盆。
——第五章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
总结 1、叶型参数7个 2、平面叶栅参数4个 3、平面叶栅气动参数8个 4、叶栅的损失 5、平面叶栅实验 6、平面叶栅的攻角特性
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
我们已经对压气机基元级的工作原理作了分析，得 到了基元级速度三角形。接下来的问题是如何设计正 确的叶栅几何形状，使之在尽可能小的损失的情况下， 实现气流的设计流动过程，得到性能良好的基元级。 本章的主要内容包括：
1、叶型和平面叶栅的几何参数
2、平面叶栅的气动参数
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
平面叶栅的气动参数
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
在上述平面叶栅气动参数中： 有的表征来流特征，例如马赫数和进气角； 有的表征气动参数和叶栅几何参数的关系，例如 攻角和落后角； 有的气动参数则表征叶栅气动性能，例如气流转 角和增压比以及损失系数，前者表征叶栅作功潜 力和扩压能力，后者直接影响叶栅效率。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
1、 中弧线： 叶型内切圆中心的联线为中弧线，简称中线。
2、弦长b： 中弧线与叶型型线的前后缘分别相交于A和B。A和B两点
连线叫弦，弦的长度以b表示，简称弦长。 3、最大挠度（fmax）及其相对位置：
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
平面叶栅中的叶型损失
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
出口平均气流角
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
1、叶型安装角βy： 表示叶型在叶栅中的安装位置。它是叶型的弦与
额线的夹角，额线就是联结所有前缘A点的直线。
2、叶距（或称栅距）t： 两相邻叶型对应点之间沿额线方向的距离。 在叶型几何参数已经确定的情况下，有了叶型安
装角βy和栅距t则叶栅几何参数便完全确定了。 但是，在实践应用中，下面两个参数应用更直接、
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
二、原始对称叶型及中弧线
1、原始对称叶型
原始叶型：叠加到弯曲中线之前，叶型厚度沿弦长的分布。
叶型中线与原始对称叶型配合应用。NACA是给出中线的坐 标和斜率，其它用圆弧或抛物线给出。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
叶轮机械原理 ——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
额定特性线 仅与叶栅稠 度和额定出 气角相关
平面叶栅额定特性线
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
超音速叶栅流动特征
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
通道涡流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
二次流损失：
叶轮机械原理
中线到弦的最大距离称为中弧线的最大挠度，此点距前 缘的距离为a。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
4、最大相对厚度及其相对位置e： 该用叶相型对的值最来大表厚示度它用们c的ma特x表征示。，它与前缘的距离为e，应
5、叶型前缘角X1和后缘角X2： 中线在前缘点A和后缘点B处的切线与弦的夹角。
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
2、中弧线 （1）圆弧中弧线
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
2、椭圆中弧线
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
二、叶栅中决定叶型位置的几何参数
把叶型排成叶栅时，也有一定的要求。决定叶栅的 几何参数有以下几个：
叶轮机械原理
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
五、平面叶栅的实验 研究得到的结果
叶栅气动性能曲线 1、
2、
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
平面叶栅攻角特性
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
由于叶盆的形状是凹面， 对应于所列举的来流马赫数 和方向条件下，叶盆上没有 产生局部超声速流动。右图 绘出了该叶栅叶型表面的Ma 数分布图。由图可见，叶背 的速度高，叶盆的速度低， 因此叶背上的静压要比叶盆 上的低。所以，有时也把叶 背叫做吸力面，把叶盆叫做 压力面。
3、平面叶栅的实验研究
4、叶栅效率及受力分析
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶型和平面叶栅的几何参数
一、叶型的几何参数
平面叶栅是由很多个 几何形状相同并按照一 定要求和相隔一定距离 排列起来的叶型组成的， 现讨论由哪些几何参数 来确定叶型。
如图所示，叶型前缘是一个半径为r1的小圆圆周的一部分，当气 流流到前缘处就分成两段，一股流向叶背，一股流向叶盆，于是 在前缘圆周上就出现了一个分叉点A′。在A′点处的气流不可能 有两个速度，于是A′点的速度应等于零，把A′点称为前驻点。 前驻点A′不一定和前缘点A相重合，而且A′点随来流情况而变， 不是一个固定点。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
§5.3平面叶栅的实验研究
上述气动参数之间还存在着密切的关系，平面叶栅 实验研究正是研究具有不同几何特征的叶栅在不同的来 流条件和流出条件下的气动性能。如前所述，亚声压气 机设计的基础是平面叶栅的试验结果，下面介绍平面叶 栅的实验研究。
上述气动参数之间还存在着密切的关系，平面 叶栅实验研究正是研究具有不同几何特征的叶栅 在不同的来流条件气动性能。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
二、平面叶栅中的气体流动过程
为了运用上述几何参数合理地设计出叶栅通道，以保 证预期的速度三角形的实现，就需要了解平面叶栅中 气流流动的物理图画，以便能够进一步分析几何参数 对于流动过程的影响。
1 ky X 1 ,2 ky X 2
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
§5.2平面叶栅的气动参数
叶栅流场中每一点的流动参数都不相同。但是从总体 或从平均意义上来看，可以沿额线方向在一个栅距内取平 均值，用以代表叶栅的远前方和远后方完全均匀的气动参 数。用1-1截面表示栅前，2-2截面表示栅后，并对气动参 数标以注脚“1”或“2”，则一个叶栅有下列基本气动参数：
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
栅后静压对流动的影响
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
三、平面叶栅中的气体流动损失
上述分析可知，平面叶栅的流动损失由下列各项组成： （1）附面层内气体的摩擦损失。 （2）在逆压力梯度作用下的附面层分离损失，如图（b）所 示。特别是激波-附面层干扰会加重分离，导致分离损失急 剧增加。 （3）尾迹损失，即叶型上、下表面附面层在后缘汇合而形 成涡流区导致的流动损失，如图（b）所示。 （4）尾迹和主流区的掺混损失，或称尾迹后气流的调匀损 失。由气体动力学可知，速度不等的气流掺合时会发生动量 交换并因此造成损失。 （5）气流流过激波而导致的总压下降。叶栅中出现超声速 区就必定存在激波，图（c）所示为叶栅流中的激波。
现在以图所示的平面叶栅为例，来研究气体流过叶栅 的物理图画。设此叶栅前方来流马赫数Ma1为0.8左右， 出口马赫数Ma2为0.6左右，来流平行中弧线前缘处的 切线，大体上近似于设计状况的气流方向。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶栅中流动的物理图画
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
在低来流马赫数条件下（Ma1<0.4~0.6），叶栅性能只 取决于攻角，被称为平面叶栅的攻角特性或称为平面 叶栅的正常特性。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
三、平面叶栅的实验研究过程中测量的参数
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
四、平面叶栅的实验研究过程中数据的整理
一、平面叶栅的实验介绍 下图为实验台简图
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
平面叶栅实验台
叶轮机械原理
——第四ຫໍສະໝຸດ Baidu 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
二、平面叶栅的实验过程介绍
在进行平面叶栅试验前，将叶片按照所要求的稠度和 安装角固定在圆盘上，转动叶栅圆盘可以改变来流和 叶栅的相对位置，从而改变攻角，控制气源压气机的 出口总压可以控制来流马赫数Ma1的变化。 对应每一个来流条件，测出并记录栅前和栅后的气动 参数，利用上面讲述的公式算出叶栅性能参数。改变 来流条件并作测量和计算，便可获得叶栅的气动性能 曲线
更方便，因而应用更多。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
3、叶栅稠度τ： 稠度τ等于弦长和栅距t的比值，即τ=b/t，
表示叶栅相对稠密的程度，也叫叶栅实度。
4、几何进口角β1k和几何出口角β2k ： 分别是中弧线在前缘点A和后缘点B处的切线和
额线的夹角。它们可由叶型的前后缘角X1和X2以及 安装角βy计算出来。这两个角度是确定气流在叶 栅进口处和出口处方向的参考基准。
6、叶型弯角： 弯角等于前缘角与后缘角之和，它表示叶型弯曲的程
度，值越大，则叶型弯曲越厉害。 7、叶型型面坐标：叶型的型面通常用坐标来表示。亚声基
元级的叶型坐标通常是选定的原始叶型（由风洞吹风试 验获得的最佳对称叶型厚度沿弦长的分布）覆盖在确定 的中线上获得的。叶型的凸面又称吸力面或叶背，叶型 的凹面又称压力面或叶盆。
——第五章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
总结 1、叶型参数7个 2、平面叶栅参数4个 3、平面叶栅气动参数8个 4、叶栅的损失 5、平面叶栅实验 6、平面叶栅的攻角特性
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
我们已经对压气机基元级的工作原理作了分析，得 到了基元级速度三角形。接下来的问题是如何设计正 确的叶栅几何形状，使之在尽可能小的损失的情况下， 实现气流的设计流动过程，得到性能良好的基元级。 本章的主要内容包括：
1、叶型和平面叶栅的几何参数
2、平面叶栅的气动参数
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
平面叶栅的气动参数
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
在上述平面叶栅气动参数中： 有的表征来流特征，例如马赫数和进气角； 有的表征气动参数和叶栅几何参数的关系，例如 攻角和落后角； 有的气动参数则表征叶栅气动性能，例如气流转 角和增压比以及损失系数，前者表征叶栅作功潜 力和扩压能力，后者直接影响叶栅效率。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
1、 中弧线： 叶型内切圆中心的联线为中弧线，简称中线。
2、弦长b： 中弧线与叶型型线的前后缘分别相交于A和B。A和B两点
连线叫弦，弦的长度以b表示，简称弦长。 3、最大挠度（fmax）及其相对位置：
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平面叶栅中的叶型损失
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——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
出口平均气流角
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——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
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——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
1、叶型安装角βy： 表示叶型在叶栅中的安装位置。它是叶型的弦与
额线的夹角，额线就是联结所有前缘A点的直线。
2、叶距（或称栅距）t： 两相邻叶型对应点之间沿额线方向的距离。 在叶型几何参数已经确定的情况下，有了叶型安
装角βy和栅距t则叶栅几何参数便完全确定了。 但是，在实践应用中，下面两个参数应用更直接、
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
二、原始对称叶型及中弧线
1、原始对称叶型
原始叶型：叠加到弯曲中线之前，叶型厚度沿弦长的分布。
叶型中线与原始对称叶型配合应用。NACA是给出中线的坐 标和斜率，其它用圆弧或抛物线给出。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
叶轮机械原理 ——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
额定特性线 仅与叶栅稠 度和额定出 气角相关
平面叶栅额定特性线
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——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
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超音速叶栅流动特征
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
通道涡流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
二次流损失：
叶轮机械原理
中线到弦的最大距离称为中弧线的最大挠度，此点距前 缘的距离为a。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
4、最大相对厚度及其相对位置e： 该用叶相型对的值最来大表厚示度它用们c的ma特x表征示。，它与前缘的距离为e，应
5、叶型前缘角X1和后缘角X2： 中线在前缘点A和后缘点B处的切线与弦的夹角。
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2、中弧线 （1）圆弧中弧线
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——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
2、椭圆中弧线
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二、叶栅中决定叶型位置的几何参数
把叶型排成叶栅时，也有一定的要求。决定叶栅的 几何参数有以下几个：
叶轮机械原理
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——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
叶轮机械原理
——轴流压气机级的流动
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叶轮机械原理
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五、平面叶栅的实验 研究得到的结果
叶栅气动性能曲线 1、
2、
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平面叶栅攻角特性
叶轮机械原理
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叶轮机械原理
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由于叶盆的形状是凹面， 对应于所列举的来流马赫数 和方向条件下，叶盆上没有 产生局部超声速流动。右图 绘出了该叶栅叶型表面的Ma 数分布图。由图可见，叶背 的速度高，叶盆的速度低， 因此叶背上的静压要比叶盆 上的低。所以，有时也把叶 背叫做吸力面，把叶盆叫做 压力面。
3、平面叶栅的实验研究
4、叶栅效率及受力分析
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
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叶型和平面叶栅的几何参数
一、叶型的几何参数
平面叶栅是由很多个 几何形状相同并按照一 定要求和相隔一定距离 排列起来的叶型组成的， 现讨论由哪些几何参数 来确定叶型。
如图所示，叶型前缘是一个半径为r1的小圆圆周的一部分，当气 流流到前缘处就分成两段，一股流向叶背，一股流向叶盆，于是 在前缘圆周上就出现了一个分叉点A′。在A′点处的气流不可能 有两个速度，于是A′点的速度应等于零，把A′点称为前驻点。 前驻点A′不一定和前缘点A相重合，而且A′点随来流情况而变， 不是一个固定点。
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——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
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§5.3平面叶栅的实验研究
上述气动参数之间还存在着密切的关系，平面叶栅 实验研究正是研究具有不同几何特征的叶栅在不同的来 流条件和流出条件下的气动性能。如前所述，亚声压气 机设计的基础是平面叶栅的试验结果，下面介绍平面叶 栅的实验研究。
上述气动参数之间还存在着密切的关系，平面 叶栅实验研究正是研究具有不同几何特征的叶栅 在不同的来流条件气动性能。
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二、平面叶栅中的气体流动过程
为了运用上述几何参数合理地设计出叶栅通道，以保 证预期的速度三角形的实现，就需要了解平面叶栅中 气流流动的物理图画，以便能够进一步分析几何参数 对于流动过程的影响。
1 ky X 1 ,2 ky X 2
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§5.2平面叶栅的气动参数
叶栅流场中每一点的流动参数都不相同。但是从总体 或从平均意义上来看，可以沿额线方向在一个栅距内取平 均值，用以代表叶栅的远前方和远后方完全均匀的气动参 数。用1-1截面表示栅前，2-2截面表示栅后，并对气动参 数标以注脚“1”或“2”，则一个叶栅有下列基本气动参数：
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栅后静压对流动的影响
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三、平面叶栅中的气体流动损失
上述分析可知，平面叶栅的流动损失由下列各项组成： （1）附面层内气体的摩擦损失。 （2）在逆压力梯度作用下的附面层分离损失，如图（b）所 示。特别是激波-附面层干扰会加重分离，导致分离损失急 剧增加。 （3）尾迹损失，即叶型上、下表面附面层在后缘汇合而形 成涡流区导致的流动损失，如图（b）所示。 （4）尾迹和主流区的掺混损失，或称尾迹后气流的调匀损 失。由气体动力学可知，速度不等的气流掺合时会发生动量 交换并因此造成损失。 （5）气流流过激波而导致的总压下降。叶栅中出现超声速 区就必定存在激波，图（c）所示为叶栅流中的激波。
现在以图所示的平面叶栅为例，来研究气体流过叶栅 的物理图画。设此叶栅前方来流马赫数Ma1为0.8左右， 出口马赫数Ma2为0.6左右，来流平行中弧线前缘处的 切线，大体上近似于设计状况的气流方向。
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
叶栅中流动的物理图画
叶轮机械原理
——第四章 轴流压气机平面 叶栅实验及应用
在低来流马赫数条件下（Ma1<0.4~0.6），叶栅性能只 取决于攻角，被称为平面叶栅的攻角特性或称为平面 叶栅的正常特性。
叶轮机械原理
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三、平面叶栅的实验研究过程中测量的参数
叶轮机械原理
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四、平面叶栅的实验研究过程中数据的整理
一、平面叶栅的实验介绍 下图为实验台简图
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平面叶栅实验台
叶轮机械原理
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二、平面叶栅的实验过程介绍
在进行平面叶栅试验前，将叶片按照所要求的稠度和 安装角固定在圆盘上，转动叶栅圆盘可以改变来流和 叶栅的相对位置，从而改变攻角，控制气源压气机的 出口总压可以控制来流马赫数Ma1的变化。 对应每一个来流条件，测出并记录栅前和栅后的气动 参数，利用上面讲述的公式算出叶栅性能参数。改变 来流条件并作测量和计算，便可获得叶栅的气动性能 曲线