低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置

本发明涉及压气机，具体为一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置。

背景技术：

1、出于航空飞行器对加速以及油耗等方面提升的要求，当代航空发动机的推重比不断提高。而航空发动机对推重比不懈地追求引发了压气机领域的发展困境，即不断提升的负荷与不断加剧的分离流动之间存在着不可调和的矛盾。压气机级负荷的提升会提高单级压比，同时会导致流道中逆压力梯度和横向压差大大增强，压气机叶栅角区低能流体堆积。当负荷足够高时，低能流体不足以应对流道的压升，流动发生严重分离，加剧叶栅损失甚至压气机会出现喘振和失速。因此，为适应未来航空发动机的发展需求，实现在高负荷条件下改善流场、减少流动损失，亟需发展有效抑制压气机特别是静叶内部流动分离的控制方法。

2、流动控制技术可分为被动控制技术和主动控制技术。被动控制技术是通过结构的调整，在同样的来流条件下激发不同的流动结构，从而间接控制或推迟角区分离。虽然被动控制技术操作简单，但缺乏灵活性，始终会对叶栅流场产生作用，某些工况下甚至会对流场不良影响。主动控制技术主要是通过在叶栅中加入流量很小或接近于零的射流、边界层抽吸主动改变流场结构或者其他手段来强化边界层流动，从而控制或推迟流体分离，且在不需要时，可关闭控制激励，具有广泛的应用前景。

3、附面层抽吸技术是应用和研究较多的一种主动控制技术，可实现抑制压气机分离流动和提升负荷水平。施加定常抽吸（即抽吸的流量不随时间变化）后，施加的激励会抑制流场的非定常性，使其趋于准定常。虽然这种方式较为成功地实现对流场的改善，但其变工况性较为敏感，不能适应真实的叶栅工作环境。再此基础之上，研究工作者将定常抽吸和非定常特性相结合，提出了振荡抽吸的控制技术，这种技术不仅能够提高低能流体的能量，还能使通道涡系更加简单，极大地改善了流场。

4、目前，虽然在模拟仿真中较为轻松的实现了振荡抽吸，但在真实实验条件下如何对叶栅施加振荡激励仍然是一大技术难题，需要提供一套非定常激励器来使振荡抽吸技术落于现实。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述提到的目前缺少用于对叶栅施加振荡激励的试验装置的问题，特此提出了一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置。本发明在流道套管内设置轴向电机以及旋转轮，通过轴向电机控制旋转轮转速，来控制旋转轮镂空结构在流道套管内的位置，实现控制振荡抽吸流量。

2、本发明提出了一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其具体包括外连接段、抽吸调控段、扩大段和叶栅连接段，外连接段、抽吸调控段、扩大段和叶栅连接段依次连接；抽吸调控段包括流道套管和轴向电机组件；流道套管一端和外连接段连接，另一端和扩大段连接；流道套管内部设置有轴向电机组件；流道套管两端均设置有一个挡板；轴向电机组件包括轴向电机和旋转轮，轴向电机设置于流道套管内部，旋转轮设置于轴向电机输出轴上；旋转轮一半为实心结构，一半为镂空结构。

3、更进一步地，所述流道套管包括流道组合套管和流面组合套管，流道组合套管包括连接板和圆槽外壁；圆槽外壁两端分别和外连接段以及扩大段连接，并且圆槽外壁两端均设置有一个挡板；流面组合套管和连接板设置在圆槽外壁上，流面组合套管和连接板之间设置有若干螺母长杆，轴向电机组件滑动设置在若干螺母长杆上。

4、更进一步地，所述轴向电机组件还包括轴向电机固定架，轴向电机固定架滑动设置在若干螺母长杆上；轴向电机固定架上设置有轴向电机。

5、更进一步地，所述挡板为半圆形板，设置于圆槽外壁两端的同一侧。

6、更进一步地，所述流面组合套管上对应旋转轮的位置设置有凹槽结构。

7、更进一步地，所述流面组合套管上设置有电机线外通孔。

8、更进一步地，所述抽吸调控段还包括径向电机组件，径向电机组件包括径向电机和传动轴连接件，径向电机设置在流道套管外表面；传动轴连接件一端和轴向电机连接，另一端穿过流道套管和径向电机连接。

9、更进一步地，所述扩大段包括扩大套管和直管段，流道套管、直管段、扩大套管和叶栅连接段依次连接，扩大套管管径由直管段向叶栅连接段方向逐渐增加。

10、更进一步地，所述叶栅连接段包括连接盘，连接盘上设置有若干叶栅连接阀。

11、更进一步地，所述镂空结构为两个四分之一圆形孔。

12、本发明所述的一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置的有益效果为：

13、（1）本发明所述的一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，在流道套管内设置轴向电机以及旋转轮，通过轴向电机控制旋转轮转速，来控制旋转轮的镂空结构在流道套管内的位置，实现对振荡抽吸流量的控制，以及振荡抽吸非定常参数的调整控制；

14、（2）本发明所述的一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，通过径向电机来对轴向电机的位置进行调整，使旋转轮和圆槽外壁之间不再贴合，在流道套管内部形成一个固定流通面积；

15、（3）本发明所述的一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，通过扩大段扩大了连接面积，可根据叶栅抽吸叶片实验需求设置连接盘和叶栅连接阀数量，可有效避免抽吸位置多时，因连接面积不足无法布置相应的叶栅连接阀的问题；

16、（4）本发明所述的一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，各段采用螺栓连接和螺纹连接，装置结构紧凑，拆卸加工简单；各段连接部位采用凹凸槽配合，气密性好，保证了气流的品质。

技术特征：

1.一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：包括外连接段（1）、抽吸调控段（2）、扩大端（3）和叶栅连接段（4），外连接段（1）、抽吸调控段（2）、扩大段（3）和叶栅连接段（4）依次连接；抽吸调控段（2）包括流道套管和轴向电机组件（8）；流道套管一端和外连接段（1）连接，另一端和扩大段（3）连接；流道套管内部设置有轴向电机组件（8）；流道套管两端均设置有一个挡板（62）；轴向电机组件（8）包括轴向电机（81）和旋转轮（82），轴向电机（81）设置于流道套管内部，旋转轮（82）设置于轴向电机（81）输出轴上；旋转轮（82）一半为实心结构，一半为镂空结构。

2.根据权利要求1所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述流道套管包括流道组合套管（6）和流面组合套管（7），流道组合套管（6）包括连接板（61）和圆槽外壁（63）；圆槽外壁（63）两端分别和外连接段（1）以及扩大段（3）连接，并且圆槽外壁（63）两端均设置有一个挡板（62）；流面组合套管（7）和连接板（61）设置在圆槽外壁（63）上，流面组合套管（7）和连接板（61）之间设置有若干螺母长杆（15），轴向电机组件（8）滑动设置在若干螺母长杆（15）上。

3.根据权利要求2所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述轴向电机组件（8）还包括轴向电机固定架（83），轴向电机固定架（83）滑动设置在若干螺母长杆（15）上；轴向电机固定架（83）上设置有轴向电机（81）。

4.根据权利要求2所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述挡板（62）为半圆形板，设置于圆槽外壁（63）两端的同一侧。

5.根据权利要求2所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述流面组合套管（7）上对应旋转轮（82）的位置设置有凹槽结构。

6.根据权利要求5所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述流面组合套管（7）上设置有电机线外通孔（10）。

7.根据权利要求1-6任一项所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述抽吸调控段（2）还包括径向电机组件（9），径向电机组件（9）包括径向电机（91）和传动轴连接件（93），径向电机（91）设置在流道套管外表面；传动轴连接件（93）一端和轴向电机（81）连接，另一端穿过流道套管和径向电机（91）连接。

8.根据权利要求7所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述扩大段（3）包括扩大套管（11）和直管段，流道套管、直管段、扩大套管（11）和叶栅连接段（4）依次连接，扩大套管（11）管径由直管段向叶栅连接段（4）方向逐渐增加。

9.根据权利要求1或8所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述叶栅连接段（4）包括连接盘（12），连接盘（12）上设置有若干叶栅连接阀（13）。

10.根据权利要求1所述的低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，其特征在于：所述镂空结构为两个四分之一圆形孔。

技术总结本发明公开了一种低反力度压气机级非定常振荡抽吸激励的施加实验装置，涉及压气机技术领域，解决了目前缺少用于对叶栅施加振荡激励的试验装置的问题。本发明外连接段、抽吸调控段、扩大端和叶栅连接段依次连接；抽吸调控段包括流道套管和轴向电机组件；流道套管一端和外连接段连接，另一端和扩大端连接；流道套管内设有轴向电机组件；流道套管两端均设有挡板；轴向电机组件包括轴向电机和旋转轮，轴向电机设置于流道套管内，旋转轮设置于轴向电机输出轴上；旋转轮一半为实心结构，一半为镂空结构。本发明通过在流道套管内设置轴向电机以及旋转轮，通过轴向电机控制旋转轮转速，来控制旋转轮镂空结构在流道套管内的位置，实现控制振荡抽吸流量。技术研发人员：蔡乐,李果,王松涛,付海晏,张浩宇,赵文源受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29