[發明專利]基于旋轉縫柵的可調頻率和相位非定常流動控制實驗裝置

有效

• 申請號: 202010416934.9
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111521365B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 黃國平;杜爽;王進春;楊雨軒;袁偉豪
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/04;F04D27/00
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 嚴海晨

本發明涉及一種基于旋轉縫柵的可調頻率和相位非定常流動控制實驗裝置，包括引氣口，縫柵進氣流路，旋轉縫柵，縫柵出氣流路，驅動縫柵旋轉發生器，控制射流噴口。通過設計引氣流路，將外部高壓氣體引入角區兩側射流噴口，通過驅動縫柵旋轉發生器帶動一定相位差的縫柵旋轉，在射流出口處產生脈沖射流，利用脈沖射流與流場的相互作用，對分離流進行抑制，以此來降低或削弱角區中的分離情況。優點：本發明裝置可在角區產生不對稱流動分離的情況下，通過縫柵的相位差的優勢，達到相位可調的不同頻率的流動激勵，這種較小的非定常控制激勵能夠依靠很小的射流量產生顯著的控制流動分離情況。裝置相位可調，頻率可控，結構簡單，體積重量小，工作性能可靠。

技術領域

本發明是基于旋轉縫柵的可調頻率和相位非定常流動控制實驗裝置，屬于壓氣機技術領域。

背景技術

航空發動機技術水平對國防武器建設發展乃至國家安全與戰略都具有極其重要的地位，是衡量一個國家綜合工業水平和科技實力的重要標志，被冠以“現代工業皇冠上的明珠”稱號。壓氣機的壓縮能力和效率從根本上決定了航空發動機的整機性能水平，是衡量流體機械性能的重要標志。隨著壓氣機單級負荷的提升，極易造成壓氣機葉片吸力面的附面層分離、角區分離等流動，進而引發角區失速現象，對壓氣機的穩定工作范圍和氣動效率產生嚴重的影響。由于壓氣機內部逆壓梯度大，在葉背和角區處易產生流動分離現象，從而制約了壓氣機性能的進一步提升。

三維的角區失速問題本質上是兩個相互正交的橫向渦層發生失穩而引發的擬序分離流結構問題，涉及到兩個正交方向的相位組織問題，如何通過簡單高效的控制裝置來產生相位和頻率可調的周期性抽吸或射流，進而對兩橫向渦層的運動方式進行合理的調控是非定常流動控制在角區分離控制時面臨的一個難題，也是非定常流動控制實驗過程中急需解決的一個關鍵問題。要實現相位可控的雙側非定常流動控制，其應包括兩個核心部件的設計問題，

1、周期性的非定常激勵信號問題。如何通過簡單可靠的裝置來產生頻率可控的脈沖射流或抽吸。2、相位控制裝置問題。在產生了周期性激勵信號的基礎上，采用相對簡單的機械裝置或管路設計從而實現對兩側雙擴張通道進行相位可控和調整。

發明內容

本發明提出的是基于旋轉縫柵的可調頻率和相位非定常流動控制實驗裝置，其目的在于針對現有技術存在的缺陷，通過一種基于旋轉縫柵的可調頻率和相位的角區非定常流動控制實驗裝置來產生相位和頻率可調的周期性射流，利用非定常流動控制對兩橫向渦層的運動方式進行合理的調控，從而達到對角區流動分離的控制，進一步提高航空動力推重比，進一步實現壓縮系統（風扇/壓氣機、進氣道）在更少級數、更短流道內的大壓比壓縮。

本發明的技術解決方案：一種基于旋轉縫柵的可調頻率和相位的角區非定常流動控制實驗裝置，其結構包括引氣口5、射流噴口2、旋轉縫柵6、縫柵進氣流路8、縫柵出氣流路7和驅動縫柵旋轉發生器；其中，引氣口5與外部高壓氣體相連，將外部高壓氣體引入角區兩側射流噴口2，旋轉縫柵6的相位和頻率可調，通過驅動縫柵旋轉發生器帶動一定相位差的旋轉縫柵6進行旋轉，縫柵進氣流路8和縫柵出氣流路7通過旋轉縫柵6形成相位差能夠在0~360度、頻率為數十赫茲到數千赫茲之間的非定常控制射流，通過射流噴口到達分離位置，利用脈沖射流與流場的相互作用，對分離流進行抑制，以此來降低或削弱角區中的分離情況。

所述葉背和端壁輪轂處均開有射流縫，射流噴口2中心位置位于角區分離點1前后10%射流噴口進口支撐面高度H₁的特征長度，射流噴口的氣流出口角度可進行0-90度的調整；射流噴口進口寬度W₁為射流噴口進口長度L₁的0.1%～20%，射流噴口進口長度L₁為射流噴口進口支撐面高度H₁的1%-100%。

所述引氣口5采用的是漸縮型流路，在最外界與高壓氣源相連，與旋轉縫柵6接觸的縫柵進氣流路8的直徑R₈小于旋轉縫柵6開縫寬度W₃的10%～20%，從而保證進入縫柵的氣流氣密性；進氣口的面積大小與縫柵的投影面積大小基本一致，保證有足夠進入縫柵的氣流量。