本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，特別地，涉及一種渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)三大部件包含壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪，其中渦輪是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一，氣體經(jīng)壓氣機(jī)和燃燒室加壓加溫后流入由渦輪葉片組成的通道，可實(shí)現(xiàn)將燃?xì)獾臒崮芎蛣?shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能進(jìn)而驅(qū)動(dòng)其它裝置的功能，渦輪葉片氣動(dòng)性能優(yōu)劣決定了發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能設(shè)計(jì)水平，而環(huán)形葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)是驗(yàn)證葉片氣動(dòng)性能優(yōu)劣的重要手段之一，可通過該試驗(yàn)得到葉柵的總壓損失、出口氣流角等關(guān)鍵氣動(dòng)參數(shù)。

2、專利申請(qǐng)cn111649947a公開了一種環(huán)形葉柵性能試驗(yàn)器，該環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置每次僅能得到一種葉片的氣動(dòng)性能，若要測(cè)試其他葉片的氣動(dòng)性能，需加工并更換不同的環(huán)形葉柵，試驗(yàn)件加工周期長、成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，以解決現(xiàn)有裝置測(cè)試不同葉片需要更換不同的環(huán)形葉珊，存在成本高的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明還提供一種渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)方法，采用上述渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置。

3、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，所述試驗(yàn)裝置包括環(huán)形葉柵，所述環(huán)形葉柵包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)以及由外環(huán)、內(nèi)環(huán)構(gòu)成的環(huán)形通道，在所述環(huán)形通道內(nèi)置周向均勻分布的m組葉片，每組葉片數(shù)量設(shè)置為n個(gè)，其中，m≤5，n≥5；

4、所述環(huán)形葉柵的進(jìn)氣端和排氣端均沿周向布置有若干個(gè)總壓探針和靜壓測(cè)點(diǎn)，所述總壓探針和靜壓測(cè)點(diǎn)相對(duì)于環(huán)形葉柵的距離可以預(yù)設(shè)，同時(shí)，在葉片表面布置靜壓測(cè)點(diǎn)，用于測(cè)試環(huán)形葉柵的氣動(dòng)性能。

5、進(jìn)一步的，所述環(huán)形葉柵的外環(huán)形成上流道，內(nèi)環(huán)形成下流道，在所述環(huán)形葉柵的進(jìn)氣端距離葉片前緣0.5~1.0倍軸向弦長處沿周向均布若干第一總壓探針，在第一總壓探針沿遠(yuǎn)離環(huán)形葉柵的方向上的0.2~0.4倍軸向弦長處布置若干總溫探針，總溫探針周向位置與第一總壓探針位置錯(cuò)開，在與第一總壓探針相同軸向位置的上流道和下流道分別布置若干靜壓測(cè)點(diǎn)。

6、進(jìn)一步的，在所述環(huán)形葉柵的排氣端距離葉片后緣0.5~1.0倍軸向弦長處沿周向均布若干第二總壓探針，在與第二總壓探針相同軸向位置的上流道和下流道分別布置若干靜壓測(cè)點(diǎn)，并在與第二總壓探針相同軸向位置的正上方布置三相位移機(jī)構(gòu)，用于試驗(yàn)時(shí)測(cè)量出口總壓、出口靜壓以及出口氣流角。

7、進(jìn)一步的，在每組葉片中分別選取相鄰的多個(gè)葉片布置葉片表面靜壓孔，并依次在葉片的葉根截面、葉中截面和葉尖截面各布置若干個(gè)靜壓測(cè)點(diǎn)，用于測(cè)量葉片表面靜壓。

8、進(jìn)一步的，所述環(huán)形葉柵中每支總壓探針的徑向測(cè)點(diǎn)滿足以下條件：

9、；

10、其中，n為每支總壓探針測(cè)點(diǎn)數(shù)量，rtip為上流道徑向高度，rhub為下流道徑向高度，ri為測(cè)點(diǎn)徑向高度，i為測(cè)點(diǎn)序號(hào)，從靠近下流道開始測(cè)點(diǎn)序號(hào)為1，靠近上流道測(cè)點(diǎn)序號(hào)為n，i=1,2，…，n。

11、進(jìn)一步的，所述渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置還包括由鐘型整流罩和外機(jī)匣組成進(jìn)氣段、測(cè)試段和排氣段，所述進(jìn)氣段設(shè)有進(jìn)氣支板，用于使氣流進(jìn)入環(huán)形流道；所述環(huán)形葉柵設(shè)置于測(cè)試段，用于利用氣流流過環(huán)形葉柵測(cè)量葉片氣動(dòng)性能；所述排氣段設(shè)置有反預(yù)旋葉片，用于使氣流順暢流入排氣管路。

12、進(jìn)一步的，所述進(jìn)氣段的內(nèi)外環(huán)與測(cè)試段的內(nèi)外流道光滑連接，測(cè)試段的內(nèi)外環(huán)與排氣段的內(nèi)外環(huán)流道光滑連接。

13、進(jìn)一步的，所述反預(yù)旋葉片安裝在鐘型整流罩上，且與鐘型整流罩呈一定夾角，若干反預(yù)旋葉片之間設(shè)有用于氣流通過的間隙。

14、根據(jù)本發(fā)明的再一方面，還提供一種渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)方法，采用所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，所述渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)方法包括以下步驟：

15、第一次吹風(fēng)試驗(yàn)：調(diào)整環(huán)形葉柵的角度使第一組葉片置于正上方，在相鄰葉片上布置葉片表面靜壓孔，并依次在葉片的葉根截面、葉中截面和葉尖截面各布置若干個(gè)靜壓測(cè)點(diǎn)，測(cè)量葉片表面靜壓；

16、在所述環(huán)形葉柵的進(jìn)氣端距離葉片前緣0.5~1.0倍軸向弦長處沿周向均布若干第一總壓探針，在第一總壓探針沿遠(yuǎn)離環(huán)形葉柵的方向上的0.2~0.4倍軸向弦長處布置若干總溫探針，總溫探針周向位置與第一總壓探針位置錯(cuò)開，在與第一總壓探針相同軸向位置的上流道和下流道分別布置若干靜壓測(cè)點(diǎn)；在所述環(huán)形葉柵的排氣端距離葉片后緣0.5~1.0倍軸向弦長處沿周向均布若干第二總壓探針，在與第二總壓探針相同軸向位置的上流道和下流道分別布置若干靜壓測(cè)點(diǎn)，并在與第二總壓探針相同軸向位置的正上方布置三相位移機(jī)構(gòu)，進(jìn)行第一次吹風(fēng)試驗(yàn)，得到第一組葉片氣動(dòng)性能參數(shù)以及其下游流場(chǎng)云圖；

17、第二次吹風(fēng)試驗(yàn)：轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形葉柵，使第二組葉片置于正上方，重復(fù)第一次吹風(fēng)試驗(yàn)過程，得到第二組葉片的氣動(dòng)性能參數(shù)及其下游流場(chǎng)云圖；

18、第m次吹風(fēng)試驗(yàn)：轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形葉柵，使第m組葉片置于正上方，重復(fù)第一次吹風(fēng)試驗(yàn)過程，得到第m組葉片的氣動(dòng)性能參數(shù)及其下游流場(chǎng)云圖。

19、進(jìn)一步的，所述吹風(fēng)試驗(yàn)包括通過調(diào)節(jié)進(jìn)口總壓改變導(dǎo)向器出口馬赫數(shù)ma1，試驗(yàn)時(shí)測(cè)量出口馬赫數(shù)ma1=0.3~0.8若干狀態(tài)下的進(jìn)口折合流量、葉片表面靜壓分布以及葉柵總壓恢復(fù)系數(shù)隨出口馬赫數(shù)ma1變化的特性規(guī)律曲線。

20、本發(fā)明具有以下有益效果：

21、本發(fā)明提供的環(huán)形葉柵上同時(shí)安裝若干種不同類型的葉片，可以在同一個(gè)環(huán)形葉柵試驗(yàn)件中測(cè)試得到若干種特定型面的渦輪導(dǎo)向葉片氣動(dòng)性能以及下游流場(chǎng)，從而得到適合于該發(fā)動(dòng)機(jī)的低氣動(dòng)損失渦輪葉片，同時(shí)能夠減小試驗(yàn)件加工成本和周期。

22、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

技術(shù)特征：

1.一種渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置包括環(huán)形葉柵（6），所述環(huán)形葉柵（6）包括外環(huán)（8）、內(nèi)環(huán)（9）以及由外環(huán)（8）、內(nèi)環(huán)（9）構(gòu)成的環(huán)形通道，在所述環(huán)形通道內(nèi)置周向均勻分布的m組葉片（10），每組葉片（10）數(shù)量設(shè)置為n個(gè)，其中，m≤5，n≥5；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述環(huán)形葉柵（6）的外環(huán)（8）形成上流道，內(nèi)環(huán)（9）形成下流道，在所述環(huán)形葉柵（6）的進(jìn)氣端距離葉片前緣0.5~1.0倍軸向弦長處沿周向均布若干第一總壓探針，在第一總壓探針沿遠(yuǎn)離環(huán)形葉柵（6）的方向上的0.2~0.4倍軸向弦長處布置若干總溫探針，總溫探針周向位置與第一總壓探針位置錯(cuò)開，在與第一總壓探針相同軸向位置的上流道和下流道分別布置若干靜壓測(cè)點(diǎn)（11）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，其特征在于，在所述環(huán)形葉柵（6）的排氣端距離葉片后緣0.5~1.0倍軸向弦長處沿周向均布若干第二總壓探針，在與第二總壓探針相同軸向位置的上流道和下流道分別布置若干靜壓測(cè)點(diǎn)（11），并在與第二總壓探針相同軸向位置的正上方布置三相位移機(jī)構(gòu)，用于試驗(yàn)時(shí)測(cè)量出口總壓、出口靜壓以及出口氣流角。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，其特征在于，在每組葉片（10）中分別選取相鄰的多個(gè)葉片（10）布置葉片表面靜壓孔，并依次在葉片（10）的葉根截面（23）、葉中截面（20）和葉尖截面（21）各布置若干個(gè)靜壓測(cè)點(diǎn)（11），用于測(cè)量葉片（10）表面靜壓。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述環(huán)形葉柵（6）中每支總壓探針的徑向測(cè)點(diǎn)滿足以下條件：

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置還包括由鐘型整流罩（4）和外機(jī)匣組成進(jìn)氣段（1）、測(cè)試段（2）和排氣段（3），所述進(jìn)氣段（1）設(shè)有進(jìn)氣支板（5），用于使氣流進(jìn)入環(huán)形流道；所述環(huán)形葉柵（6）設(shè)置于測(cè)試段（2），用于利用氣流流過環(huán)形葉柵（6）測(cè)量葉片（10）的氣動(dòng)性能；所述排氣段（3）設(shè)置有反預(yù)旋葉片（7），用于使氣流順暢流入排氣管路。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣段（1）的內(nèi)外環(huán)與測(cè)試段（2）的內(nèi)外流道光滑連接，測(cè)試段（2）的內(nèi)外環(huán)與排氣段（3）的內(nèi)外環(huán)流道光滑連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述反預(yù)旋葉片（7）安裝在鐘型整流罩（4）上，且與鐘型整流罩（4）呈一定夾角，若干反預(yù)旋葉片（7）之間設(shè)有用于氣流通過的間隙。

9.一種渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置，所述渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)方法包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)方法，其特征在于，所述吹風(fēng)試驗(yàn)包括通過調(diào)節(jié)進(jìn)口總壓改變導(dǎo)向器出口馬赫數(shù)ma1，試驗(yàn)時(shí)測(cè)量出口馬赫數(shù)ma1=0.3~0.8若干狀態(tài)下的進(jìn)口折合流量、葉片表面靜壓分布以及葉柵總壓恢復(fù)系數(shù)隨出口馬赫數(shù)ma1變化的特性規(guī)律曲線。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種渦輪導(dǎo)向器環(huán)形葉柵試驗(yàn)裝置及方法，所述試驗(yàn)裝置包括環(huán)形葉柵，所述環(huán)形葉柵包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)以及由外環(huán)、內(nèi)環(huán)構(gòu)成的環(huán)形通道，在所述環(huán)形通道內(nèi)置周向均勻分布的M組葉片，每組葉片數(shù)量設(shè)置為N個(gè)，其中，M≤5，N≥5；所述環(huán)形葉柵的進(jìn)氣端和排氣端均沿周向布置有若干個(gè)總壓探針和靜壓測(cè)點(diǎn)，總壓探針和靜壓測(cè)點(diǎn)相對(duì)于環(huán)形葉柵的距離可以預(yù)設(shè)，在葉片表面布置靜壓測(cè)點(diǎn)，用于測(cè)試環(huán)形葉柵的氣動(dòng)性能。本發(fā)明提供的環(huán)形葉柵上同時(shí)安裝若干種葉片，可以在同一個(gè)環(huán)形葉柵試驗(yàn)件中測(cè)試得到若干種特定型面的渦輪導(dǎo)向葉片氣動(dòng)性能以及下游流場(chǎng)，從而得到適合于該發(fā)動(dòng)機(jī)的低氣動(dòng)損失渦輪葉片，同時(shí)能夠減小試驗(yàn)件加工成本和周期。

技術(shù)研發(fā)人員：余雅琪,李概奇,李恩華,陳奕宏,陳睿元,方華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19