叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置及方法

本发明属于叶轮机械实验领域，具体涉及一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置及方法。

背景技术：

1、压气机作为叶轮机械的重要组成部分，广泛应用于航空航天、能源化工等领域。随着当前压气机单级压比和效率不断提高，压气机通道内的逆压梯度也不断增大，进而导致附面层分离损失和二次流损失增大。因此，随着压气机叶片负荷的增大，设计新的叶片结构，发展流动控制技术对改善压气机性能，拓宽压气机稳定工作裕度具有重要的意义。

2、先进的流动控制手段应在消耗尽可能少或者不消耗能量的情况下，实现最优的控制效果。一种能够有效提高压气机叶片气动性能的方式是采用涡流发生器(vortexgenerator，vg)。vg能够诱导气流产生涡动量，使近壁面的层流附面层提前转捩为湍流附面层，从而提高附面层内流体的抗分离能力，这种装置不仅结构简单，便于设计，而且可靠性高，适用于多种工况条件，因此被广泛应用于压气机中。现有技术公开了vg结构的引入有利于叶栅的失速边界向更高攻角方向移动，及vg引发的诱导涡有利于降低叶栅中部的分离损失。

3、另一种能够控制压气机内流动分离的方式是采用串列叶片，串列叶片是由相距很近的前后两排叶片构成的组合叶片，高能来流在经过前后叶片间收敛缝隙流道的加速作用后，沿后叶吸力面射出，一方面吹除了前叶尾迹的低能流体，另一方面使附面层重新在后叶前缘生成，因此串列叶片能够支持更大的气动载荷，而不会带来过大的气动损失。文献向宏辉,葛宁,侯敏杰,等.高来流马赫数单列叶栅改串列叶栅性能对比试验[j].航空动力学报,2016,31(11):2757-2764中，向宏辉等人在高来流马赫数下进行了单列叶栅与串列叶栅的性能对比试验，结果表明：设计状态下相比单列叶栅，串列叶栅能够显著降低流动损失同时提高增压比。

4、但是基于以上现有技术的记载，涡流发生器产生的诱导涡流无法对较大叶展范围内的流动进行控制，而串列叶片由于具有两排叶片，其产生的尾迹流会对下游叶片排的进气条件产生复杂的非定常干涉，同时串列叶片的加速效果有限，无法对后叶吸力面尾缘的分离流动进行有效控制。因此为了改善级间匹配情况，同时对尾缘分离流动实现进一步控制，提出以前缘小叶充当涡流发生器，同时与主叶前缘产生局部串列的结构，但是现有技术中的压气机叶栅实验装置在调整前缘小叶的轴向、周向位置、进气角以及小叶高度时存在诸多困难，均无法满足该结构，因此无法对带有叶栅前缘局部串列小叶进行实验。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置，该装置通过在下栅板前槽中移动滑块、周向位置调整块和轴向位置调整块来实现前缘小叶的周向和轴向移动；通过旋转前缘小叶安装块来实现前缘小叶的进气角调整；前缘小叶的高度可根据不同实验需求进行加工,解决现有技术中存在的对于前缘局部串列小叶对叶栅流场影响的实验数据上的不足。

3、本发明的技术方案是：一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置，其特征在于：包括上栅板、下栅板、定距柱及小叶安装模块，所述上栅板、下栅板平行且相对设置，并通过沿周向设置的定距柱连接为一体，叶栅组件安装于上、下栅板之间；

4、所述小叶安装模块设置于下栅板，并位于叶栅组件的前缘，用于安装与叶栅组件中主叶串列的前缘小叶，并能够调节前缘小叶的轴向、周向位置，以及小叶的进气角。

5、本发明的进一步技术方案是：所述小叶安装模块包括滑块、周向位置调整块、轴向位置调整块、前缘小叶安装块；所述滑块安装于下栅板前缘的安装槽内，沿长度方向开有多个插孔，各插孔分别对应于叶栅组件中的各主叶前缘；多个前缘小叶分别通过前缘小叶安装块转动安装于各插孔内；

6、所述周向位置调整块设置于滑块与安装槽的周向空隙内，用于调节前缘小叶相对主叶的周向位置；所述轴向位置调整块设置于滑块与安装槽的轴向空隙内，用于调节前缘小叶相对主叶的轴向位置。

7、本发明的进一步技术方案是：所述前缘小叶安装块的上端为前缘小叶安装座，下端为固定杆；所述前缘小叶安装座上开有前缘小叶安装孔，并在其上表面刻画周向刻度盘，以准确调整前缘小叶的进气角；所述固定杆上开有外螺纹，插入滑块的插孔内，并通过螺母固定位置。

8、本发明的进一步技术方案是：所述上栅板和下栅板之间的间距可调，其上分别均匀分布多个叶片安装通孔；所述下栅板的前缘位置开有前槽，所述前槽内安装有滑块、周向位置调整块、轴向位置调整块，其外侧槽口通过挡板封装，限制并固定其内滑块、周向位置调整块、轴向位置调整块的位置。

9、本发明的进一步技术方案是：所述滑块为长条形结构，其上的插孔等间距均布；所述周向位置调整块呈矩形块状，设置于滑块的短边侧；所述轴向位置调整块呈条状，设置于滑块的长边侧，两种调整块的数量和尺寸根据实际需要设计。

10、一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置的调节方法，其特征在于：

11、当需要调节前缘小叶周向位置时，改变所述滑块两侧周向位置调整块的数量，或替换不同尺寸的周向位置调整块；

12、当需要调节前缘小叶轴向位置时，改变所述滑块两侧轴向位置调整块的数量，或替换不同尺寸的轴向位置调整块；

13、当需要调节前缘小叶进气角时，旋拧前缘小叶安装块的安装角度。

14、有益效果

15、本发明的有益效果在于：本发明可实现对一套叶栅实验件中前缘小叶的轴向、周向位置、高度以及进气角的独立调整，以分别研究上述四种参数对前缘小叶控制效果的影响，相比传统叶栅试验件能大幅节约实验件的生产成本和装配时间，有利于前缘局部串列小叶实验研究工作的进展，以进一步实现对压气机内部流动分离的控制。

16、本发明通过前缘小叶安装块、滑块、周向位置调整块、轴向位置调整块和挡板等组件实现对前缘小叶位置和安装角的调整，并且适用于不同高度的前缘小叶，以解决现有技术中对前缘局部串列小叶实验研究的不足以及前缘小叶在直列叶栅中的安装问题。通过调整周向、轴向位置调整块和滑块的位置，以实现前缘小叶相对于叶栅组件的轴向、周向位置调整，用以研究不同轴向位置和周向位置下对小叶流动控制效果的影响；通过调整前缘小叶安装块调整前缘小叶的进气角，以此研究小叶来流攻角对其控制流动分离能力的影响；所述前缘小叶通过安装块安置在滑块中，小叶的高度可根据实验的实际需求进行加工来分析不同高度下小叶的流动控制能力。

17、本发明所提出的实验装置便于前缘小叶的安装、拆卸和固定，有效节省了加工成本。

技术特征：

1.一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置，其特征在于：包括上栅板、下栅板、定距柱及小叶安装模块，所述上栅板、下栅板平行且相对设置，并通过沿周向设置的定距柱连接为一体，叶栅组件安装于上、下栅板之间；

2.根据权利要求1所述一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置，其特征在于：所述小叶安装模块包括滑块、周向位置调整块、轴向位置调整块、前缘小叶安装块；所述滑块安装于下栅板前缘的安装槽内，沿长度方向开有多个插孔，各插孔分别对应于叶栅组件中的各主叶前缘；多个前缘小叶分别通过前缘小叶安装块转动安装于各插孔内；

3.根据权利要求2所述一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置，其特征在于：所述前缘小叶安装块的上端为前缘小叶安装座，下端为固定杆；所述前缘小叶安装座上开有前缘小叶安装孔，并在其上表面刻画周向刻度盘，以准确调整前缘小叶的进气角；所述固定杆上开有外螺纹，插入滑块的插孔内，并通过螺母固定位置。

4.根据权利要求2所述一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置，其特征在于：所述上栅板和下栅板之间的间距可调，其上分别均匀分布多个叶片安装通孔；所述下栅板的前缘位置开有前槽，所述前槽内安装有滑块、周向位置调整块、轴向位置调整块，其外侧槽口通过挡板封装，限制并固定其内滑块、周向位置调整块、轴向位置调整块的位置。

5.根据权利要求4所述一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置，其特征在于：所述滑块为长条形结构，其上的插孔等间距均布；所述周向位置调整块呈矩形块状，设置于滑块的短边侧；所述轴向位置调整块呈条状，设置于滑块的长边侧，两种调整块的数量和尺寸根据实际需要设计。

6.一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置的调节方法，其特征在于：

技术总结
本发明一种叶栅前缘局部串列小叶可调的压气机叶栅实验装置及方法，属于叶轮机械实验领域；装置包括上栅板、下栅板、定距柱及小叶安装模块，所述上栅板、下栅板平行且相对设置，并通过沿周向设置的定距柱连接为一体，叶栅组件安装于上、下栅板之间；所述小叶安装模块设置于下栅板，并位于叶栅组件的前缘，用于安装与叶栅组件中主叶串列的前缘小叶，并能够调节前缘小叶的轴向、周向位置，以及小叶的进气角。本发明所提出的实验装置便于前缘小叶的安装、拆卸和固定，有效节省了加工成本。

技术研发人员：茅晓晨,焦英辰,冯翰霖,杨宗豪,刘波
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13