[發明專利]一種低雷諾數平面葉柵高空流動模擬裝置

有效

• 申請號: 202110305900.7
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113029573B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 吳軍強;馬護生;魏巍;周曉剛;秦天超;時培杰;熊健;任思源;李學臣;楊海濱;宗有海;陳海峰;黃康;郝顏;黃輝;陳峰
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心空天技術研究所
• 主分類號: G01M15/02
• 分類號: G01M15/02;G01M15/14
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

本發明公開了一種低雷諾數平面葉柵高空流動模擬裝置。該裝置沿氣流方向依次包括進氣閘閥組、進氣快速閥組、進氣調壓閥組、直管段、擴張段、穩定段、收縮段、試驗體、排氣節流器、三級引射體和小孔排氣段，試驗體內安裝渦輪葉柵試驗模型或壓氣機葉柵試驗模型，試驗體連接真空抽吸組件和次流組件。進氣調壓閥組控制穩定段總壓，抽吸組件控制葉柵試驗件柵前靜壓和附面層；三級引射體和排氣節流器控制超聲速試驗體或者亞聲速試驗體駐室背壓實現雷諾數調節，尤其是高空低雷諾數調節。該裝置能實現亞跨超聲速和寬雷諾數范圍流動模擬，適合開展航空發動機葉輪機平面葉柵氣動性能試驗研究和技術驗證。

技術領域

本發明屬于航空發動機基礎研究試驗設備領域，具體涉及一種低雷諾數平面葉柵高空流動模擬裝置。

背景技術

航空葉輪機(包括風扇/壓氣機和渦輪)和燃氣輪機是維持熱力循環并產生推力的關鍵部件，其轉/靜葉片的氣動外形決定了航空葉輪機和燃氣輪機的氣動性能。為設計出高性能的航空噴氣發動機和燃氣輪機，需要在葉柵(二維葉型)層面研究葉輪機的設計方法和流動特性。為了能在地面進行真實飛行條件下的葉柵通道流動氣動特性試驗研究，必須建造能夠模擬實際飛行時的葉柵流動馬赫數和雷諾數等參數的地面設備，以保證能夠在接近實際工作狀態的條件下進行試驗。尤其是研制適應高空環境和超聲速流動的葉型及葉柵，必須模擬其在高空低雷諾數和高速飛行狀態下的流動條件，進行大量的氣動性能試驗研究和技術驗證，以分析研究葉柵通道內的流動機理、特點和規律，驗證新的設計方案。對于帶氣膜冷卻及內部氣冷的渦輪葉柵流動研究，還需要試驗設備主流與次流之間具備足夠的溫度差或者溫度比調節能力以及不同介質的引入能力，用以模擬兩股同種或者不同種介質氣流及渦輪葉片間的傳熱傳質過程。

目前，國內外開展航空發動機葉輪機(包括風扇/壓氣機和渦輪)和燃氣輪機葉型葉柵試驗通常采用的流動模擬裝置具有以下缺點：一是在模擬超聲速流動時普遍采用多套單點馬赫數固態噴管，改變流動狀態時需要頻繁更換噴管，操作極不方便，效率低下；二是試驗段沒有駐室結構，也無背壓調節閥，對雷諾數模擬普遍采用真空抽吸方式，抽吸設備復雜，效率較低，密封保證困難，雷諾數模擬手段單一，模擬范圍窄，高空模擬能力不足；三是次流系統功能單一，只具備一種介質氣流的傳熱傳質試驗能力；四是流動模擬裝置普遍采用開口射流結構，排氣收集器簡單，排氣收集效果差，噪聲污染大。

當前，迫切需要發展一種封閉式，具備亞跨超聲速馬赫數和雷諾數、特別是低雷諾數高空流動獨立模擬能力，具有不同介質主/次氣流溫度比調節能力，操作方便高效的平面葉柵高空流動模擬裝置，滿足先進航空發動機葉輪機和燃氣輪機葉型葉柵氣動性能試驗基礎研究和技術驗證的需要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種低雷諾數平面葉柵高空流動模擬裝置。

本發明的低雷諾數平面葉柵高空流動模擬裝置，其特點是，所述的模擬裝置沿氣流方向依次包括進氣閘閥組、進氣快速閥組、進氣調壓閥組、直管段、擴張段、穩定段、收縮段、試驗體、排氣節流器、三級引射體和小孔排氣段，試驗體內安裝渦輪葉柵試驗模型或壓氣機葉柵試驗模型，試驗體連接真空抽吸組件和次流組件；

所述的進氣閘閥組、進氣快速閥組、進氣調壓閥組、直管段、擴張段之間通過法蘭管路和膨脹節連接，并采用金屬纏繞式密封墊密封；擴張段、穩定段和收縮段之間通過法蘭連接，并采用金屬纏繞式密封墊密封；

所述的收縮段、試驗體和排氣節流器之間通過端面銷釘定位，并采用充氣圍帶密封；

所述的排氣節流器、三級引射體和小孔排氣段之間也通過法蘭連接，并采用金屬纏繞式密封墊密封；

所述的擴張段為錐形體，用于降低穩定段流速，穩定穩定段流場；

所述的收縮段為圓變方形體，將圓形進氣截面改為方形進氣截面，提高試驗段流速和流場品質；