高负荷扩压叶栅吹风试验流场二维性控制技术研究

高丽敏, 刘 哲, 蔡 明, 黎浩学

西北工业大学 动力与能源学院, 翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室, 西安 710129

0 引 言

现代航空发动机推重比的不断提高要求压气机在减少级数的同时实现高压比、高效率，设计使用高负荷扩压叶片是最直接的解决方法，而平面叶栅吹风试验是先进叶型设计不可或缺的试验环节[1-6]。

平面叶栅试验中叶栅流场需沿展向满足一定的二维性[1, 7-10],才能获得较为可靠的二维叶型性能数据。然而，随着扩压叶栅负荷的不断提升，流道内逆压梯度与附面层干涉会加剧附面层累积，导致流道收缩，测量截面(50%叶高)出口的轴向速度密流增加，从而使得流场二维性恶化，造成测量结果失真[7-13]。一般试验中通过增大展弦比来保证测量截面的二维性[1,8,13]，但流道收缩程度随负荷升高而加剧，所需展弦比更大，受限于风洞尺寸和成本，此方法不具备普适性，且变工况性能较差。目前试验中多采用端壁抽吸的主动控制方法保证流场二维性[8-10,12-19]。

美国NACA于20世纪20年代中期发展的“多孔壁”(Porous wall)技术[14]将多孔材料作为叶栅端壁以吸除端壁附面层，Briggs[15]、Herrig等[16]通过平面叶栅试验证明了此技术的可靠性。1967年Pollard等[13]发现“多孔壁”技术虽然能获得较好的二维结果，但无法完全吸除角区低能流体。1975年德国Starken等[17]在大负荷扩压叶栅吹风预试验中，发现不同位置抽吸槽对气源能力的利用率以及对来流的干扰不同。国内的相关研究起步较晚，1995年中国燃气涡轮研究院姜正礼[18]在试验中采取尾部开槽的方式改善二维性，研究了二维性对叶栅性能的影响规律。……