压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法与流程

本申请属于叶轮机试验，特别涉及一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法。

背景技术：

1、压气机内部流场复杂，具有强非定常和强三维流动特征，尤其是靠近转子叶片叶尖端壁区域，存在激波、泄漏涡、角区分离及其之间相互干扰等，显著影响压机气动性能和稳定性。这些复杂流动会改变压气机机匣处的压力分布，因此对压气机机匣的压力测量是分析压气机内部流场的重要手段。

2、压气机每排叶片都由几何相同的多个转子叶片或静子叶片组成，在压气机转动过程中，每排转子叶片会周期性的扫掠机匣和上下游的静子叶片，因此其内部流场存在与叶片排相位强相关的周期性时序效应。

3、如图1所示为国内广泛采用的压气机机匣动态测试方法示意图，该测试方法在机匣布置单排动态压力传感器14对机匣处的压力场进行测试，试验过程中，转子叶片11在上游静子叶片12和下游静子叶片13之间，转子叶片11会周期性的经过每个动态压力传感器14，动态压力传感器14会感受到转子叶片11处于不同相位(相对于传感器)时的机匣处压力场，将不同相位的测试结果进行组合，从而拼接出一个机匣处完整的压力场分布。

4、然而传统的基于单排动态压力传感器布置和锁相测量的方式，虽然可以获得一个完整叶片通道机匣处的压力场，但其假设转子叶片相对于上下游静子处于不同相位时，转子叶片同一相对相位的流场不发生变化，即假定压气机在转子坐标系下叶片通道内的流场是定常的，而实际上由于受到上下游静子叶片的影响，转静子处于不同相位时的流场存在差异，因此传统测试方式的主要缺点体现为：将相对于传感器处于不同转子相位的流场进行组合，忽略了上下游静子相位变化引起的流场非定常特征(特别是压气机处于非设计工况)，无法同时获得不同转子相位时叶片通道内的流场变化，合成的流场可能与真实流动存在差异，甚至会给测试分析带来误导。

5、如图2所示，对于低速大尺寸压气机来说可以采用阵列式传感器的测试布局方案，在上游静子叶片22和下游静子叶片23的转子叶片21周围布置阵列式传感器24，该方案采用空间内插方法获得转子叶尖机匣壁面的瞬态压力流场。

6、采用阵列式传感器24的布置方法可以得到叶片通道内的瞬态流场，但受阵列式传感器24尺寸的限制，该方法对于某些低速大尺寸压气机模型试验较为实用，对于真实的工程试验对象，由于其尺寸较小，难以大规模布置阵列式传感器，例如对于小涵道比轴流压气机，每个叶片通道周向仅能布置下3～6排传感器，采用空间内插方法空间分辨率较低，如图3所示。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

2、本申请的技术方案是：一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，所述方法包括：

3、步骤s1、在转子机匣上布置若干个动态传感器以形成阵列测点，所述阵列测点在周向上的覆盖范围根据上下游静子叶片及相邻转子叶片之间的通道宽度设定，所述阵列测点在轴向上覆盖转子叶片流场，所述动态传感器的采集频率至少为转子叶片通过频率预定倍数；

4、步骤s2、采用锁相采集技术，使动态传感器的采集系统接收触发信号按照设定的采集参数开始采集，以获得阵列测点下的压力信号；

5、步骤s3、针对同一轴向位置的多个周向测点，根据测点周向空间位置及测得的压力信号时序分别建立空间轴和时间轴，利用空间轴和时间轴的关联性建立时空关联轴；

6、步骤s4、对时空关联轴上的测点压力信号进行插值，并经过坐标转换分别获得相对坐标系和绝对坐标系下流场重构虚拟通道，进而获得该轴向位置非定常流场分布的变化规律；

7、步骤s5、重复步骤s1～步骤s4中不同轴向位置的动态传感器测点，获得不同轴向位置的非定常流场分布的变化规律，将不同轴向位置的非定常流场分布进行组合，获得转子机匣流场参数的瞬态二维分布。

8、进一步的，所述阵列测点在周向上根据相邻转子叶片之间的通道宽度设置不少于4个。

9、进一步的，所述阵列测点在轴向上覆盖转子叶片流场根据仿真结果确定。

10、进一步的，所述预定倍数为十倍。

11、进一步的，所述采集参数包括采样频率、采集时间、采样数量。

12、本申请的方法可实现压气机机匣瞬态压力流场的重构，且重构的流场精度大幅度提高，对于测试空间狭小或受结构\强度等影响，测点数量受限的压气机同样适用。

技术特征：

1.一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，其特征在于，所述阵列测点在周向上根据相邻转子叶片之间的通道宽度设置不少于4个。

3.如权利要求1所述的压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，其特征在于，所述阵列测点在轴向上覆盖转子叶片流场，并在转子叶片前后缘各延伸0.1倍转子弦长。

4.如权利要求1所述的压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，其特征在于，所述预定倍数为十倍及以上。

5.如权利要求1所述的压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，其特征在于，所述采集参数包括采样频率、采集时间、采样数量。

技术总结
本申请提供了一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，包括：在转子机匣上布置若干个动态传感器以形成阵列测点；使动态传感器的采集系统接收触发信号按照设定的采集参数开始采集，以获得阵列测点下的压力信号；针对同一轴向位置的多个周向测点，根据测点周向空间位置及测得的压力信号时序分别建立空间轴和时间轴，利用两者关联性建立时空关联轴；对时空关联轴上的测点压力信号进行插值，并经过坐标转换分别获得相对坐标系和绝对坐标系下流场重构虚拟通道，进而获得该轴向位置瞬态流场分布的变化规律；重复上述步骤获得不同轴向位置的瞬态流场分布的变化规律，将不同轴向位置的瞬态流场分布进行组合，获得转子机匣流场参数的瞬态二维分布。

技术研发人员：朱丽萍,张志博,贾博博,高飞龙,杨明绥
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14