抑制壓氣機靜子角區(qū)分離的等離子體組合激勵布局方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制壓氣機靜子葉柵角區(qū)分離的等離子體組合激勵布局方法，其特征在于在軸流壓氣機靜子葉柵端壁上沿周向、葉片吸力面沿葉高方向都鋪設(shè)等離子體氣動激勵器。端壁激勵器電極方向與額線平行，葉片吸力面激勵器沿葉片展向鋪設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同流向位置和不同激勵長度的靈活控制。通過端壁和葉片吸力面激勵器的不同組合，對角區(qū)分離共同進行控制，結(jié)合吸力面激勵和端壁激勵的優(yōu)點，同時有效抑制了吸力面和端壁邊界層發(fā)展，從而阻止其在角區(qū)發(fā)生聚集及摻混，明顯抑制角區(qū)分離，減小堵塞和總壓損失，從而提高壓氣機的穩(wěn)定性和效率。還可根據(jù)角區(qū)分離的實際情況，有針對性地進行靈活的流動控制，提高對不同工況下的控制效果和經(jīng)濟性。
【專利說明】抑制壓氣機靜子角區(qū)分離的等離子體組合激勵布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及是一種抑制壓氣機靜子角區(qū)分離的等離子體組合激勵布局方法，以及具有該組合激勵布局的軸流壓氣機，屬于葉輪機械【技術(shù)領(lǐng)域】的主動流動控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]流動分離是導(dǎo)致壓氣機性能降低的主要因素，尤其是在葉片吸力面和端壁之間形成的角區(qū)分離，是壓氣機內(nèi)部普遍存在的一種流動分離現(xiàn)象，一方面限制壓氣機負荷能力的提高，另一方面導(dǎo)致壓氣機效率和失速裕度的下降，是壓氣機內(nèi)流動損失和流動堵塞的主要來源，嚴重時甚至引起失速和喘振。因此，如何抑制角區(qū)分離，是壓氣機設(shè)計制造中的一個關(guān)鍵問題。
[0003]目前控制角區(qū)分離與失速的流動控制技術(shù)主要可以分為主動控制和被動控制兩種思路。葉片三維造型、處理機匣、根部開槽等被動控制技術(shù)可以在特定的工作條件下抑制角區(qū)分離，但隨著壓氣機工作狀態(tài)的變化，這些方法很難適應(yīng)不同的工作條件。而附面層吹吸技術(shù)等主動流動控制技術(shù)雖然能夠很好的抑制角區(qū)分離，但其氣路系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，并且?guī)硪欢ǖ臍怏w損失等缺點成為制約其發(fā)展的一個主要障礙。
[0004]等離子體氣動激勵是一種新興的主動流動控制技術(shù)，其構(gòu)造如圖1所示。具有響應(yīng)迅速、作用頻帶寬、無需移動機械部件、便于實時控制、功率消耗低等優(yōu)點，成為了一種很有前景的主動流動控制技術(shù)。目前通過等離子體氣動激勵控制壓氣機角區(qū)分離的方法有葉片吸力面激勵、端壁橫向激勵和端壁周向激勵等不同方法，吸力面激勵可以抑制吸力面邊界層分離，減小其對角區(qū)分離的貢獻；端壁橫向激勵可以阻礙壁面潛流從而抑制低能流體在角區(qū)摻混；端壁周向激勵可以抑制端壁邊界層分離。但是這些布局方法都存在一定局限性，對高負荷靜子葉片的角區(qū)分離流動改善有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明人進行了研究，并提出了根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，該技術(shù)方案實現(xiàn)了降低壓氣機靜子葉柵角區(qū)分離損失的效果，從而提供了一種更有效的抑制角區(qū)分離的等離子體氣動布局方案。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種軸流壓氣機，其特征在于包括:
[0007]在軸流壓氣機靜子葉柵通道端壁和葉片吸力面上鋪設(shè)等離子氣動激勵器，
[0008]其中所述等離子體氣動激勵器包括位于所述靜子葉柵通道端壁前緣的電極，且該電極的延伸方向與額線平行，
[0009]在所述葉片吸力面上鋪設(shè)的等離子氣動激勵器包括位于葉片吸力面的前緣的電極，且該電極沿葉片展向鋪設(shè)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了利用上述等離子體氣動激勵器電極的一種控制壓氣機靜子葉柵角區(qū)分離的方法，其特征在于包括:
[0011]在軸流壓氣機的靜子葉柵通道端壁和葉片吸力面同時施加等離子體氣動激勵，對角區(qū)分離進行控制。
[0012]本發(fā)明提供的等離子體組合激勵布局方法，相比現(xiàn)有技術(shù)的在壓氣機靜子葉柵吸力面激勵，端壁橫向激勵和端壁周向激勵的布局方法，能夠同時控制葉柵通道端壁邊界層和葉片吸力面邊界層的發(fā)展，改善邊界層內(nèi)的流動狀況。有效阻止吸力面邊界層和端壁邊界層內(nèi)低能流體在角區(qū)發(fā)生聚集及尾跡摻混，從而明顯抑制了角區(qū)分離，使角區(qū)損失減小，實現(xiàn)提高壓氣機性能和穩(wěn)定性的目的。此外還可以根據(jù)實際流動情況選擇不同的組合方式進行激勵，取得更經(jīng)濟的收益效果。當(dāng)然，組合激勵相比其他單一端壁或吸力面的布局激勵方式，實施相對復(fù)雜一些。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種等離子體激勵器電極的構(gòu)造示意圖。
[0014]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的等離子體激勵器電極的布局示意圖，該電極在壓氣機靜子葉柵端壁和葉片吸力面都為最大長度。
[0015]圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的等離子體激勵器電極的布局示意圖，該電極在壓氣機靜子葉柵端壁上為分段長度，在吸力面為最大長度。
[0016]圖4為根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的等離子體激勵器電極的布局示意圖，該電極在壓氣機靜子葉柵端壁上為最大長度，在吸力面為分段長度的布局示意圖。
[0017]圖5為根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的等離子體激勵器電極的布局示意圖，該電極在壓氣機靜子葉柵端壁和葉片吸力面都為分段長度的布局示意圖。
[0018]圖6為根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的等離子體激勵器電極在壓氣機靜子葉柵不同流向位置處的最大長度組合布局示意圖。
[0019]圖7為根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的等離子體激勵器電極的布局示意圖，該電極在壓氣機靜子葉柵不同流向位置處的分段長度組合布局示意圖。
[0020]圖8為等離子體激勵器的數(shù)學(xué)模型示意圖。
[0021]圖9為本發(fā)明的實施例中采用組合激勵的方案與無激勵方案及現(xiàn)有技術(shù)的激勵方案的周向平均總壓損失系數(shù)對比。
[0022]圖10為本發(fā)明的實施例中采用組合激勵的方案與無激勵方案及現(xiàn)有技術(shù)的激勵方案的攻角特性對比。
【具體實施方式】
[0023]本申請全文引用本 申請人:于2013-07-05提交的中國專利申請第201310282755.0
號“抑制壓氣機靜子角區(qū)分離的等離子體激勵端壁周向布局方法和裝置”。
[0024]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
[0025]如圖2 — 7所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的抑制壓氣機靜子角區(qū)分離的等離子體激勵端壁周向布局方案包括:
[0026]A)在軸流壓氣機靜子葉柵通道端壁(103)和葉片吸力面(104)上鋪設(shè)等離子體氣動激勵器。在如圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，等離子體氣動激勵器電極(102)在壓氣機靜子葉柵端壁(103)和葉片吸力面(104)上都具有最大長度；在如圖3所示的本發(fā)明的另一個實施例中，等離子體氣動激勵器電極(102)在壓氣機靜子葉柵端壁(103)上具有分段長度，在吸力面(104)上具有最大長度；在如圖4所示的根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例中，等離子體氣動激勵器電極(102)在壓氣機靜子葉柵端壁(103)上具有最大長度，在吸力面(104)上具有分段長度；在如圖5所示的根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例中，等離子體氣動激勵器電極(102)在壓氣機靜子葉柵端壁(103)和葉片吸力面(104)上都具有分段長度；在如圖6所示的根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例中，在壓氣機靜子葉柵端壁(103)和吸力面(104)的不同流向位置處分別布置有最大長度的等離子體氣動激勵器電極(102);在如圖7所示的根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例中，在壓氣機靜子葉柵端壁(103)和吸力面(104)的不同流向位置處分別布置有分段長度的等離子體氣動激勵器電極(102)；
[0027]B)當(dāng)壓氣機工作狀態(tài)改變或攻角增大，當(dāng)壓氣機控制器(未顯示)檢測到流動失穩(wěn)先兆時接通對應(yīng)流向位置和組合布局的等離子體氣動激勵器電極的電源(未顯示)進行等離子體氣動激勵；
[0028]C)當(dāng)壓氣機控制器檢測到流動失穩(wěn)先兆消失時，發(fā)出控制信號，關(guān)閉等離子體氣動激勵器的電源。
[0029]為了驗證本發(fā)明的效果，本發(fā)明人進行了數(shù)值模擬。下文所描述的具體實施例中選取的方案為圖3所示的方案。且下文的描述結(jié)合圖9和10所示的內(nèi)容。具體模擬參數(shù)和結(jié)果如下:
[0030]模擬的PVD葉柵葉型主要參數(shù)如表1所示:
[0031]表1
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種軸流壓氣機，其特征在于包括: 在軸流壓氣機靜子葉柵通道端壁(103)和葉片吸力面(104)上鋪設(shè)等離子氣動激勵器(102)， 其中所述等離子體氣動激勵器(102)包括位于所述靜子葉柵通道端壁前緣的電極，且該電極的延伸方向與額線平行， 在所述葉片吸力面(104)上鋪設(shè)的等離子氣動激勵器包括位于葉片吸力面的前緣的電極，且該電極沿葉片展向鋪設(shè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓氣機，其特征在于 所述位于靜子葉柵通道的端壁前緣的電極的長度的上限為首尾與相鄰兩葉片相接的該電極的長度，且 所述位于葉片吸力面的前緣的電極的長度的上限為沿全葉高鋪設(shè)的該電極的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1一 2之一所述的軸流壓氣機，其特征在于進一步包括: 被布置在葉柵通道中端壁的多個不同的流向位置處的等離子體氣動激勵器電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸流壓氣機，其特征在于所述位于靜子葉柵通道的前緣的電極的長度的上限為沿全葉高鋪設(shè)的該電極的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軸流壓氣機，其特征在于進一步包括: 被布置在葉柵通道中葉片吸力面的多個不同的流向位置處的等離子體氣動激勵器電極。
6.一種控制壓氣機靜子葉柵角區(qū)分離的方法，其特征在于包括: 利用如權(quán)利要求1 一 5之一所述的軸流壓氣機的所述等離子體氣動激勵器電極(102)，在軸流壓氣機的靜子葉柵通道端壁(103)和葉片吸力面(104)同時施加等離子體氣動激勵，對角區(qū)分離進行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于靜子葉柵通道端壁(103)和葉片吸力面(104)上的等離子激勵器長度和位置可根據(jù)壓氣機葉柵實際流動情況進行設(shè)計。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于進一步包括: 當(dāng)軸流壓氣機的工作狀態(tài)改變或攻角增大，且所述軸流壓氣機的控制器檢測到流動失穩(wěn)先兆時，接通對應(yīng)流向位置和組合布局的所述等離子體氣動激勵器(102)的電極的電源，以進行等離子體氣動激勵； 當(dāng)所述控制器檢測到流動失穩(wěn)先兆消失時，發(fā)出控制信號，關(guān)閉所述電源。
【文檔編號】F04D29/66GK103807218SQ201310455913
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】柳陽威, 梁斐杰, 孫槿靜, 陸利蓬 申請人:北京航空航天大學(xué)