单级轴流压气机的旋转失速特性实验_罗志煌_李军_杨朴_吴云_刘东健_李凡玉
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( % 转失速' 当这种尖脉冲第一次出现时 # 它所占据 )
;" 实验设备及方案介绍
研究对象为空军工程大学的单级低速轴流压 气机 # 该 压 气 机 不 带 进 口 导 流 叶 片# 采用轴向进 气% 径向排气的结构布局 ) 转子叶片数为] 静子 /# 叶片数为 = 其外壁和内壁的 直 径 在 进 口 和 出 口 ## 处均相 等 # 轮毂直径为] 机匣直径为= # #55# # # 设计条 件 下 该 单 级 压 气 机 的 主 要 性 能 参 数 55#
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图 $" 压气机结构及动态压力测点布局 + F ) $"D ' 2 T F M 7 6 W F ' 2' T 3 ' 5 7 , 9 9 ' 7 3 ' 2 9 W 7 M 3 W F ' 2 G G [ 6 2 HH 2 6 5 F 3[ 7 , 9 9 M 7 , W 7 6 2 9 H M 3 , 7 9 V
对失速 先 兆 现 象 分 析 的 方 法 主 要 有 时 域 分
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Biblioteka Baidu
等# 这些方法都能 有 效 地 判 别 出 失 速 先 兆 形 式 以 及失速团的流动 特 征 # 但是都只是对失速先兆形 式进行了研究 # 而失速发生之后的流动现象却都 没有涉及 ) 为了进 一 步 加 深 对 轴 流 压 气 机 失 速 现 象的深刻认识 # 本文针对单级低速轴流压气机在 不同的质量流量状态下的旋转失速特性以及失速 恢复特性做了详 细 的 研 究 # 以期揭示轴流压气机 的失稳机制 # 用以 对 压 气 机 的 设 计 以 及 主 动 控 制 提供必要的指导和借鉴 )
文章编号 $ # # # . " # / / ! # $ % # ! . # ] ! = . # =
单级轴流压气机的旋转失速特性实验
罗志煌$ 李 " 军$ 杨 " 朴! 吴 " 云$ 刘东健$ 李凡玉$
$) 空军工程大学 航空航天工程学院 等离子体动力学重点实验室 西安 0 $ # # % " !) 陆军航空兵学院 飞行理论系 北京 $ # $ $ ! %
摘 """ 要 以 一 台 单 级 低 速 轴 流 压 气 机 为 研 究 对 象 采用在压气机周向 轴向不同位置处布置多个动态压 力传感器的方法 获取了压气机失速过程中不同位置动态 压 力 信 号 的 变 化 情 况 通过对各测点的压力信号分 别进行了时域 频域分析 ) 结果表明 压气机在失速前出 现 尖 脉 冲 型 扰 动 失速后的失速团的有分裂和合并的 现象 个数在 $ 和 ! 之间相互转换 但退出失速时总是由两个合并成为一个 并且在几个转子周期内迅速退 出 对失速时的压力信号频谱分析证明了对失速团个数判断的准确性 ) 关 " 键 " 词 压气机 旋转失速 失速团 动态压力 频谱分析 中图分类号 & ! % $""""" 文献标志码 >
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为$ 质量流量为 =) . # 全 压 升 为! ! 总压 / 8 9 / # # < 6 G 比为 $) " & 最大转速为 % . # ! / # # # 7 5 F 2) 动态数据采集采用了中泰研创科技有限公司 的Q 该采集卡共有 $ S 1 . 0 = ] = 1 采集卡 # = 个通道 # 量程为 i$ #&# $ = 路并行采集时最高采样频率 为 # 数模转换精度为 $ # 并配有专用数据 ! # # 8 e \ = F W 采集以及分析软件 ) 在距离转子叶尖前缘 $ . ] 轴向弦长位置处的 $ . $ 截面沿周向均匀布 置 ] 个 d M ( F W ,动 态 压 力 传 感器 # 用以观察失速团沿周向发展及旋转情况 & 沿 轴线方 向 的 机 匣 壁 面 布 置 了 0 个 d M ( F W ,动 态 压 力传感器 # 用以观 察 失 速 团 沿 轴 向 的 发 展 以 及 分 布情况 # 如图 $ 所示 ! 图 中 $"0 为 沿 轴 向 0 个 传 感器的相对位置 " )
网络出版时间：2013-01-31 08:29
航空动力学报 第! & ' ( ) ! " * ' ) ! "卷 第!期 ! " # $ % & ' " () * $ " + & *. " / * $ + , -) ! # $ % ! # $ %年 !月 , !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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罗志煌等 $ 单级轴流压气机旋转失速特性的实验
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的通道引起紧邻叶片通道流动攻角增大来进行传 播# 使压气机叶片 通 道 周 期 性 地 进 入 堵 塞 和 正 常 状态 旋转失速 一 般 在 压 气 机 工 作 点 达 到 或 接 ) 近特性线的最高 点 时 出 现 # 并且需要满足一定的 条件 $ 即压气机下 游 的 高 压 容 腔 相 对 较 小 和 储 存 的能量较低的情 况 下 才 可 能 发 生 ) 旋转失速的具 体表现形式为绕 周 向 旋 转 的 失 速 团 # 失速团内有 总压损失 # 几乎没有流量通过 # 失速团沿周向传播 的速率比转子旋转的速度要低 总之 # 旋转失速 ) 的产生 # 会减小压气机环面平均压比和质量流量 # 尖脉冲扰动
=" 实验结果及分析
采用时域和频 域 分 析 相 结 合 的 方 法 # 通过分 析失速过程中的 壁 面 静 压 信 号 # 利用时域分析的 方法确定失速先 兆 的 类 型 % 失速团的个数及其旋 转频率 & 然后对原始信号进行滤波处理 # 采用时频 分析的方法证明时域分析的准确性 ) =) ;" 失速先兆类型的确定 尖脉冲扰动由压气机某一特定叶片排的局部 失速产生 # 在原本平稳的压力! 或速度 " 信号中表现 为突然出现的刺状尖脉冲 # 出现后迅速发展成为旋
造成压气机增压能力下降 # 并带来性能损失 ) 和模态波扰动
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是旋转失速
的两种先兆扰动 形 式 # 大量的实验表明两者均可 在 同 一 台 压 气 机 中 观 察 到# 有时甚至会同时出 李军等 对 一 台 单 级 轴 流 压 气 机 的 旋 转 失 ) 速发展过程进行了大量实验研究 # 应用谐波 + ' M . 现 识别出失速的初始扰动有尖脉 7 F , 7系数法 ! S + D" 冲扰动和模态波 扰 动 两 种 形 式 # 并且发现压气机 结构形式对失速 的 初 始 扰 动 形 式 有 很 大 的 影 响 # 单级压气机与孤 立 转 子 相 比 # 其失速初始扰动形 式更为明显地表 现 为 旋 转 波 扰 动 # 进口导叶作负 预旋调节时可使 旋 转 波 加 强 # 并且明显增长了失 速预报时间等 ) 长尺度的模态波扰动与整个压缩 系统的二维不稳 定 相 关 # 而短尺度的尖脉冲扰动 表明流场中存在与高的转子攻角相联系的三维流
$ 式压气机中观 察 到 是严重的局部流动不稳定
现象 ) 它最初由某 一 叶 片 排 中 一 个 或 少 数 几 个 叶 片通道的流动分 离 形 成 通 道 堵 塞 然后通过堵塞
收稿日期 ! # $ ! . # 0 . $ ] 网络出版地址 http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2297.V.20130131.0829.201302.426_025.html 基金项目 国家自然科学基金 / # B # = $ # # 作者简介 罗志煌 男 湖南湘潭人 博士生 主要从事轴流压气机流动控制的研究 ) $ B " /C
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研究对象为空军工程大学的单级低速轴流压 气机 # 该 压 气 机 不 带 进 口 导 流 叶 片# 采用轴向进 气% 径向排气的结构布局 ) 转子叶片数为] 静子 /# 叶片数为 = 其外壁和内壁的 直 径 在 进 口 和 出 口 ## 处均相 等 # 轮毂直径为] 机匣直径为= # #55# # # 设计条 件 下 该 单 级 压 气 机 的 主 要 性 能 参 数 55#
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现象 ) 它最初由某 一 叶 片 排 中 一 个 或 少 数 几 个 叶 片通道的流动分 离 形 成 通 道 堵 塞 然后通过堵塞
收稿日期 ! # $ ! . # 0 . $ ] 网络出版地址 http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2297.V.20130131.0829.201302.426_025.html 基金项目 国家自然科学基金 / # B # = $ # # 作者简介 罗志煌 男 湖南湘潭人 博士生 主要从事轴流压气机流动控制的研究 ) $ B " /C
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