[發明專利]抑制壓氣機靜子角區分離的等離子體激勵端壁周向布局方法和裝置

有效

• 申請號: 201310282755.0
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103352860A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 柳陽威;梁斐杰;陸利蓬;閆昊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

技術領域

本發明涉及的是一種抑制壓氣機靜子角區分離的等離子體激勵端壁周向布局方法，屬于葉輪機械技術領域的主動流動控制技術。

背景技術

壓氣機內部流動分離是導致壓氣機性能降低的主要因素，也是未來壓氣機發展過程中必須解決的問題。其中，在吸力面和端壁之間形成的角區分離流動，是壓氣機內部普遍存在的一種流動分離現象，一方面限制壓氣機負荷和靜壓升能力的提高，另一方面導致壓氣機效率和失速裕度的下降，是壓氣機內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，如何抑制角區分離，是壓氣機設計中的一個關鍵問題。

流動控制技術用于改善角區流動，可以分為主動控制技術和被動控制技術，業界的研究主要集中在以下一些方面：

葉片彎掠、端壁翼刀、根部開槽等被動流動控制技術可以在特定的工作條件下有效抑制角區分離，但是隨著壓氣機工作狀態的變化，這些方法很難適應不同的工作條件。因此，發展能夠控制壓氣機角區分離的主動流動控制技術成為一種重要趨勢。目前研究較多的附面層吹吸技術是一種典型的主動流動控制技術，能夠很好的抑制角區分離，但是其氣路系統設計復雜，并且帶來了一定的氣體損失等缺點成為制約其發展的一個主要障礙。

等離子體氣動激勵是一種新興的主動流動控制技術，其構造如圖1所示。具有響應迅速、作用頻帶寬、無需移動機械部件、便于實時控制、功率消耗低等優點，成為了一種很有前景的主動流動控制技術。目前通過等離子體氣動激勵控制壓氣機角區分離的方法有葉片吸力面激勵和端壁橫向激勵兩種，吸力面激勵可以抑制吸力面邊界層分離，減小吸力面邊界層對角區分離的貢獻；端壁橫向激勵可以抑制低能流體的角區摻混，減小角區分離。但是這兩種布局方法都不能顯著減小角區分離，對角區流動改善有限。

發明內容

針對現有技術的上述問題，本發明人進行了研究，并提出了本發明的技術方案，該技術方案實現了降低壓氣機靜子葉柵角區分離損失的效果，從而提供

JI130060了一種更有效的抑制角區分離的等離子體氣動布局方案。

本發明提供的等離子體激勵端壁周向布局方案，相比現有技術的在壓氣機靜子葉柵吸力面激勵和端壁橫向激勵的布局方法，消除了壓氣機靜子葉柵端壁上由壓力面流向吸力面的壁面潛流，同時改善端壁邊界層內的流動狀況，能夠有效阻止吸力面邊界層和端壁邊界層內低能流體在角區發生聚集及尾跡摻混，從而明顯抑制了角區分離，使角區損失減小，實現提高壓氣機穩定性和效率的目的。

根據本發明的一個方面，提供了一種抑制壓氣機靜子角區分離的方法，其特征在于包括：

A）用壓氣機控制器檢測流動失穩先兆；

B）當壓氣機工作狀態改變和/或攻角增大且壓氣機控制器檢測到流動失穩先兆時，驅動在壓氣機靜子葉柵端壁上沿周向布置的等離子體氣動激勵器電極，進行等離子體氣動激勵；

C）當壓氣機控制器檢測到流動失穩先兆消失時，解除對所述等離子體氣動激勵器電極的所述驅動。

根據本發明的另一個方面，提供了一種壓氣機靜子角區分離抑制裝置，其特征在于包括：

壓氣機控制器，用于檢測流動失穩先兆；

在壓氣機靜子葉柵端壁上沿周向布置的等離子體氣動激勵器電極，用于當壓氣機工作狀態改變和/或攻角增大且壓氣機控制器檢測到流動失穩先兆時，受到驅動，從而進行等離子體氣動激勵；

其中，當壓氣機控制器檢測到流動失穩先兆消失時，解除對所述等離子體氣動激勵器電極的所述驅動。

附圖說明

圖1為等離子體激勵器電極的構造示意圖。

圖2為根據本發明的一個實施例的等離子體激勵器電極在壓氣機靜子葉柵端壁上布置的最大長度方案的示意圖。

圖3為根據本發明的另一個實施例的等離子體激勵器電極在壓氣機靜子葉柵端壁上布置的分段長度方案的示意圖。

圖4為根據本發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端壁不同流向位置處的布置方案的示意圖。

圖5為等離子體激勵器的數學模型示意圖。

圖6為根據本發明的實施例的采用端壁流向激勵的方案的工況與無激勵的方案的工況的極限流線對比。

圖7A-7D顯示了本發明的實施例中采用端壁流向激勵的工況與無激勵方案及現有技術的激勵方案的工況總壓損失系數對比。

具體實施方式

為了更好的說明本發明，以下結合附圖對本發明的實施例進行說明。

如圖2－4所示，根據本發明的一個實施例的抑制壓氣機靜子角區分離的等離子體激勵端壁周向布局方法包括：