[发明专利]一种背腔穿孔板式机匣处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种背腔穿孔板式机匣处理方法，用来拓宽轴流压气机稳定运行工作范围，尤其是针对现代高负荷跨音轴流压气机；本发明属于叶轮机技术领域。

背景技术：

轴流压气机作为吸气式推进系统的三大关键部件之一，在航空发动机、吸气式巡航导弹以及化工、能源工业的压缩系统中得到了广泛的应用。然而，在现代高负荷跨音轴流压气机设计工作中，以旋转失速为代表的稳定性问题表现得尤为突出，严重影响了轴流压气机的稳定工作范围。随着工作负荷的不断增加，更容易造成压气机在工作范围内的稳定工作裕度不足，因此，高负荷跨音轴流压气机的稳定性设计任务变得越来越艰巨。可以说，对旋转失速的控制得当与否，不仅直接影响轴流压气机的压比、效率等工作性能，更是与吸气式推进系统研制和使用过程中出现的各种问题和故障息息相关。

为了解决上述的压气机运行过程中出现的非稳定工况问题，研究人员尝试了很多方法来扩大压气机的稳定工作范围。但目前来看，工程实际中均采用诸如中间级放气、机匣处理等被动控制措施，但传统的机匣处理技术不但会影响系统的压比、效率等工作特性，而且并无统一的设计准则。

通过大量的实验研究发现，较大穿孔率的机匣处理的确能够提高低速和跨音压气机的裕度，而且不同的结构效果有明显差别。但机匣处理影响的并不仅仅是尖区流动和失速裕度，它同时也影响了压气机的压升性能和效率，并且影响机匣处理应用的关键之处在于如何处理裕度和效率之间的关系。研究人员在应用机匣处理技术时，一般是以效率损失为代价的，而且扩稳裕度越大，所蒙受的损失也越大。设计人员所要做的工作就是按照已有的认识，将效率损失尽可能地减小到最低程度。

这是因为传统的机匣处理设计是基于机匣处理扩稳机理在于控制流动分离，认为轴流压气机的流场中叶尖和叶根处的流动最为复杂和恶劣，失速也通常在叶尖或叶根处发生，对于高负荷高压比的跨音压气机来说，叶尖端壁区流动更为复杂，叶尖泄漏涡和端壁附面层的掺混，激波和附面层的干扰等等更会造成尖部的流动损失和气流堵塞，因此，如果能够有效改善尖部或根部的流动，有效的消除堆积的附面层，减少流动损失，减小叶尖负荷，自然可以延迟失速的发生。

基于经验和“试凑”的办法进行的现有机匣处理设计，固然有可能通过改变压气机叶尖区域的流场结构来获得偶然成功，但很难适应扩稳设计的需要，往往在某种型号的压气机上运用成功的机匣处理技术或专利，而在另一种压气机上要么扩稳效果最佳区域偏离设计点，要么根本毫无效果。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种背腔穿孔板式机匣处理方法，拓宽轴流压气机的稳定工作范围，同时能够保持压气机原有的压比特性和工作效率基本不变。

本发明的技术解决方案：一种背腔穿孔板式机匣处理方法，如图1所示，首先制备一个背腔穿孔板式处理机匣，所述背腔穿孔板式处理机匣包括环形背腔1和带有圆孔或斜槽的穿孔板2，环形背腔1位于穿孔板2外侧并由止口螺栓结构连接组成密闭气室，然后将背腔穿孔板式处理机匣设置在轴流压气机转子进口前端并覆盖转子叶片3的前缘部分所对应的机匣处，背腔穿孔板式处理机匣在环形背腔1中形成自适应流动并在穿孔板2处产生非定常脱落涡，波涡相互作用有效的吸收和耗散压气机流场中的低频扰动波的能量并抑制失速先兆的非线性放大，从而可以延迟压气机内先兆失速的发生，增加压气机系统的稳定工作范围。

本发明的原理：带有气室的机匣处理究竟是改变了导致失速的叶片通道中的阻塞特征还是对失速起始阶段的先兆波发生了作用，而在失速刚刚出现的时候，根本尚不存在任何阻塞。尽管没有控制的先兆波的发展将会导致阻塞甚至失速，但是从控制失速的角度来开展研究则是完全不一样的。如果认为机匣处理是因为抑制了失速的先兆波进而实现了扩稳，则应当用非定常的方法来研究它对扰动波抑制的机理；如果从传统的观点来看，则应从定常的角度解释机匣气室回流所导致的动量、质量交换的结果来解释扩稳的机理，为此将要进行的全部努力则是设计好气室内的回流通道使机匣达到最大的扩稳效果，并减小机匣内部的流动损失使压气机保持较高的效率。