高亚音平面叶栅抽吸装置的制作方法

本发明涉及平面叶栅流道抽吸技术领域，尤其涉及一种高亚音平面叶栅抽吸装置。

背景技术：

平面叶栅实验在叶轮机械研究和发展中占有重要地位。采集平面叶栅叶型损失时应保证叶栅流道中的二元性，需通过轴向密流比来考量在平面叶栅中二元流动状态。在压气机叶栅中，轴向密流比的改变会影响端壁附面层沿叶高位移程度以及入口附面层厚度变化。当轴向密流比在0.95至1.05范围之间时，采集的损失可以近似认为是平面叶栅叶型损失；当轴向密流比维持在1.0时，即认为消除了附面层影响，平面叶栅流动为二元流动。

传统方法是在平面叶栅流道内均匀开槽进行抽吸以控制轴向密流比，它通过减小叶栅入口附面层达到控制轴向密流比的目的，这种方式结构简单，易于实现。但是对于不同平面叶栅，很难保证流道内获得均匀抽吸的效果，而不同位置的抽吸量过大或者过小都会导致平面叶栅周期性较差，需要依据轴向密流比的实验结果来调整抽吸量大小，造成实验时间和实验成本的增加。

因此，针对以上不足，需要提供一种新的平面叶栅抽吸技术，使叶栅流道内获得均匀抽吸从而保证叶栅出口气动参数的周期性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中在平面叶栅流道内均匀开槽进行抽吸，导致叶栅出口气动参数的周期性差的缺陷，提供一种高亚音平面叶栅抽吸装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高亚音平面叶栅抽吸装置，包括：

叶栅流道抽吸稳压箱和四个管路稳压箱，

所述叶栅流道抽吸稳压箱设置在风机抽吸管路的末端；其中两个管路稳压箱对称设置在叶栅上盖板的两侧，另个两个管路稳压箱对称设置在叶栅下盖板的两侧，每个管路稳压箱分别通过流通管路连通叶栅流道抽吸稳压箱。

在根据本发明所述的高亚音平面叶栅抽吸装置中，还包括抽吸槽，

在每相邻两个叶片之间叶栅流道的叶栅端壁上开两个抽吸槽。

在根据本发明所述的高亚音平面叶栅抽吸装置中，所述两个抽吸槽靠近叶片的吸力面侧。

在根据本发明所述的高亚音平面叶栅抽吸装置中，

所述两个抽吸槽占两个叶片之间的五分之二长度范围。

在根据本发明所述的高亚音平面叶栅抽吸装置中，所述流通管路与管路稳压箱和叶栅流道抽吸稳压箱分别通过法兰连接。

在根据本发明所述的高亚音平面叶栅抽吸装置中，

所述叶栅上盖板和叶栅下盖板分别通过法兰连接管路稳压箱。

实施本发明的高亚音平面叶栅抽吸装置，具有以下有益效果：本发明在风机的主抽吸管路上设置了叶栅流道抽吸稳压箱，并在叶栅上下盖板上同时设置了管路稳压箱，在稳压箱的控制下，能够实现对叶栅所有流道的均匀抽吸，从而达到控制轴向密流比的效果。

本发明通过加装的稳压箱实现均匀抽吸，可保证平面叶栅试验中数据采集的准确性和气动参数的周期性；并解决传统平面叶栅实验二元性差等问题，满足实验精度要求。

本发明适用于风洞试验的相关领域，其可在高亚声速、跨声速以及超声速等平面叶栅风洞实验中方便快捷的控制轴向密流比。

附图说明

图1为根据本发明的高亚音平面叶栅抽吸装置的示例性结构图；

图2为图1的俯视图；

图3为在每相邻两个叶片之间叶栅流道的叶栅端壁上开设抽吸槽的平面示意图；

图4为叶栅的上下端壁分别开设抽吸槽的布置图；

图5为传统抽吸结构中在每相邻两个叶片之间叶栅流道的叶栅端壁上开设抽吸槽的平面示意图；

图6为传统抽吸结构中在叶栅的上下端壁分别开设抽吸槽的布置图；

图7a为五孔探针的示例性结构图；

图7b为图7a的左视图；

图8为五孔探针的方向校准曲线图；

图9为采用本发明进行抽吸的叶栅流动示意图；

图10为传统抽吸结构获得的叶栅流动示意图；

图11为采用本发明进行抽吸的端壁半叶高出口总压损失云图；

图12为传统抽吸结构获得的端壁半叶高出口总压损失云图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

具体实施方式一、本发明提供了一种高亚音平面叶栅抽吸装置，结合图1和图2所示，包括：叶栅流道抽吸稳压箱1和四个管路稳压箱2，所述叶栅流道抽吸稳压箱1设置在风机5抽吸管路的末端；其中两个管路稳压箱2对称设置在叶栅上盖板的两侧，另个两个管路稳压箱2对称设置在叶栅下盖板的两侧，每个管路稳压箱2分别通过流通管路3连通叶栅流道抽吸稳压箱1。

本实施方式在传统的风机抽吸管路中加装了稳压箱，所述稳压箱的作用是能减少气体压力波动，使其较为稳定和均匀，从而实现较为稳定的气体工作条件。

现有技术中，在无抽吸时叶栅流道周期性较好的情况下，不使用稳压箱直接进行抽吸使得每个流道抽吸槽出口压力分布不同，不同的静压压差和速度会导致抽吸流量的不同，因此无法保证均匀抽吸，进而无法获得每个流道的抽吸流量。本实施方式加装的稳压箱在能够获得均匀抽吸的情况下，其获得的轴向密流比是基本一致的。

加装了稳压箱后每个流道的抽吸槽出口压力和速度分布基本一致，因此在无抽吸时叶栅流道周期性较好的情况下，进行抽吸时每个叶栅流道的抽吸流量是基本相等的，从而保证了进行抽吸后叶栅流道气动参数的周期性。其数据采集的准确性通过其他试验设备保证。

本公开借助设置的稳压箱实现对抽吸量的控制，确保对叶栅所有流道进行均匀抽吸，可进而控制轴向密流比。本实施方式可使用于高亚音平面扇形端壁抽吸控制轴向密流比方法中。

进一步，结合图3和图4所示，本实施方式还包括抽吸槽4，

在每相邻两个叶片之间叶栅流道的叶栅端壁上开两个抽吸槽4。

本实施方式中，在叶栅流道的叶栅上下端壁上均对应开设抽吸槽4。

进一步，结合图3和图4所示，所述两个抽吸槽4靠近叶片的吸力面侧。

进行抽吸的目的是吸除叶栅流道内的低能流体，从而降低叶栅流道内的损失。而叶栅流道内的低能流体大部分堆积在靠近吸力面一侧。本申请中的两槽抽吸就是在靠近吸力面位置开设两个抽吸槽，这两个抽吸槽基本覆盖了低能流体聚集的区域，因此抽吸效果较好。现有技术中，开设五个抽吸槽时，有三个抽吸槽偏离低能流体聚集的位置，在流道抽吸流量相近的情况下，五槽抽吸中靠近吸力面侧的两个槽所能够吸除的低能流体相比于两槽抽吸时少，因此其效果不如两槽抽吸。

因此，在每个流道选择相同的抽吸位置即可以保证每个流道的抽吸效果相同，从而保证叶栅流动的周期性，进而保证抽吸的均匀性。

作为示例，结合图3至图6所示，所述两个抽吸槽4占两个叶片之间的五分之二长度范围。

本实施方式可在传统结构的基础上进行改造使用，例如在开设五个抽吸槽的形式中，取靠近吸力面侧的两个抽吸槽使用，实现均匀抽吸。

作为示例，结合图1和图2所示，所述流通管路3与管路稳压箱2和叶栅流道抽吸稳压箱1分别通过法兰连接。通过法兰连接，提供稳定、均匀性良好的接口，能够保证流通管路3中气动参数分布均匀。

作为示例，所述叶栅上盖板和叶栅下盖板分别通过法兰连接管路稳压箱2。

同样，通过法兰连接，能够保证气动参数分布均匀。

本实施方式使用于平面叶栅试验中，由图1和图2中所示大流量连续风机5提供气源，气流由气源产生，经过通气管道到达风洞。当气流经过风洞的稳压段时，气流会变成压力、速度大小和方向稳定的气流。经过收缩段的收缩过程，使气流截面符合扩压叶栅的尺寸。在扩压叶栅上下端壁开设抽吸槽进行抽吸，保证实验数据采集的准确性和气动参数的周期性。解决传统平面叶栅实验二元性差等问题，满足实验精度要求。可在高亚声速、跨声速以及超声速等平面叶栅风洞实验中，方便快捷的控制轴向密流比。

下面通过实验对本发明能够实现的性能进行测量：

采用l型五孔气动探针进行流场扫掠测量，五孔气动探针如图7a和图7b所示，五孔气动探针对流场进行测量时，主要有三种方式：对向测量法、半对向测量法、非对向测量法。本公开中采用非对向测量法对流场出口截面参数进行测量。

非对向测量法原理是直接将探针头置于流场中，五孔气动探针布置在50％叶高的1.4倍弦长处，其偏转角度与叶栅出口几何角一致，通过压力传感器采集探针五个孔的压力值。在图8所示的非对向测量探针方向校正曲线(ka-kβ与a-β的关系曲线)插值获得相关的折转气流角a和俯仰角β，通过总压校正曲线a-cpt关系及静压校正曲线β-cps关系获得测量点的总压pt和静压ps，进一步计算得到测量点的气流速度大小和方向。图中ma表示入口马赫数为0.6。

以五孔测量压力表示的a方向校准系数kα、β方向校准系数kβ、总压校正系数cpt、静压校正系数cps分别如下：

式中p1至p5与图7b中五个孔的对应关系为，中间三个孔，由上至下对应p1、p2和p3，左侧孔对应p4，右侧孔对应p5。

采用五孔气动探针对如图5和图6所示的传统实验叶栅的出口截面及图3和图4所示的本发明叶栅的出口截面进行测量，其入口马赫数为0.6。当忽略进出口温度变化时，轴向密流比avdr公式可表达为式(6)，对轴向密流比进行采集，传统抽吸方案轴向密流比值为1.10，本发明轴向密流比值为1.0，满足平面叶栅二元性。由表1可见传统方案中轴向密流比增加，50％叶高处总压损失均值降低。图9为本发明轴向密流比为1时，叶栅内部流动示意图。图9中a表示叶片，b1表示端壁附面层。图10为传统结构轴向密流比大于1时，叶栅内部流动示意图。图10中b2表示端壁附面层及二次流。可见当叶栅流动满足二元性的时候，即由端壁附面层和二次流引起的出口总压损失核心区域明显减小，尺度降低，50％叶高处扩压能增强，导致其总压损失增加(表1)，本发明与传统发明结构中端壁半叶高出口总压损失tploss云图如图11和图12所示。可知，在平面叶栅实验中，控制轴向密流比直接关系到实验的准确性。

式中，pin^*为一个叶栅节距内叶栅进口平均总压，pin为一个栅距内叶栅进口平均静压，pout^*为一个栅距内叶栅出口平均静压，pout为一个栅距内叶栅进口平均静压。β1为叶栅进口几何角，β2为叶栅出口几何角。k为空气绝热指数。

表1

由此可见，本发明通过附面层抽吸能够达到有效控制轴向密流比的效果，使平面叶栅流动为二元流动。本发明可应用于高亚声速、跨声速以及超声速等平面叶栅风洞抽吸系统中。

综上所述，本发明在平面叶栅流道内均匀布置端壁抽吸槽，叶栅上下盖板两侧加装稳压箱，对整个平面叶栅流道均匀抽吸保证叶栅出口气动参数周期性，并可实现轴向密流比的控制。相对于现有技术对抽吸量的控制方法，减小了实验台的搭建，并节省了调试时间，有利于提高工作效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。