[发明专利]孔槽结构抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅弯曲尾板

说明书

本发明提供了一种孔槽结构抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅弯曲尾板，用于改善抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅尾迹流场。主要由内侧弯曲型面尾板和尾板上孔状或槽状镂空结构构成，其中所述内侧弯曲型面尾板包括直线段、二次曲线段两部分几何结构，所述尾板上开设有孔状或槽状镂空结构。在高马赫数较大负攻角试验工况下，采用尾板弯曲型面和尾板上孔状或槽状镂空结构能够避免尾迹在脱离尾板进入抽吸通道时发生过膨胀现象。两种结构使得尾迹在尾板结束段压力升高到接近出口抽吸管道压力，避免在脱离尾板时出现过膨胀现象，从而避免破坏涡轮平面叶栅周期性，同时计算发现使用弯曲尾板对其他马赫数不同攻角工况不产生恶化。

技术领域

本发明属于航空发动机涡轮气动性能测量系统技术领域，涉及一种抽吸式跨音速平面叶栅试验台，尤其是一种带有孔槽结构的抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅弯曲尾板。

背景技术

平面叶栅涡轮试验台是测量涡轮叶片气动性能和气膜冷却性能的重要装置，随着发动机技术的发展，对具有宽马赫数范围、攻角可大范围变动的涡轮试验台需求愈发增加，同时安全性和可靠性较高的抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台得到大家的青睐，但是该种类型的试验台在高马赫数和较大负攻角试验工况下，普通带有直尾板的试验台叶栅的尾迹从直尾板转向出口管道时由于压差太大会发生过膨胀现象。对此，现有的试验中通常采用不带尾板或在直尾板上开孔的方案，但是都没有明显改善这一现象。因此，针对这一问题，本专利设计了一种调节尾迹压力分布改善尾迹流场的弯曲尾板。

发明内容

发明目的：针对在高马赫数和较大负攻角试验工况下，普通带有直尾板的试验台叶栅尾迹从直尾板转向出口管道时会发生过膨胀现象的问题，本发明提供一种调节尾迹压力分布改善尾迹流场周期性的弯曲尾板。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于改善抽吸式跨声速平面叶栅涡轮试验台叶栅尾迹流场的带有孔槽结构的弯曲尾板：由内侧弯曲型面尾板和尾板上孔状或槽状镂空结构构成，其中所述内侧弯曲型面尾板包括直线段、二次曲线段两部分几何结构和型面长度、尾板转折角度等重要参数；所述尾板上孔状或槽状镂空结构包括孔形结构直径、开孔率或槽结构长宽比。其中，直线段的方向与叶栅出口气流流向角度一致，后与二次曲线段相切过渡构成该内侧弯曲型面尾板。

进一步的，所述内侧弯曲型面尾板的沿入口方向投影于端壁的尾板长度L为1～1.5倍叶片弦长；较大负攻角工况下，尾板出口切向与出口通道轴向夹角不大于15°。

进一步的，所述平面叶栅试验台流场建立方式为进口连接大气、出口连接低压气源的抽吸式。

进一步的，所述尾板内侧型面与平行于端壁的平面相交形成的曲线为两段直线相切二次曲线构成。

进一步的，尾板进口切线与尾板出口切线夹角为尾板转折角，可控的引导气流偏转一定角度，该角度不得大于气流发生过膨胀时的角度。

进一步的，所述的尾板内侧二维型线与尾迹另一边缘构成扩张型的气动通道，尾迹压力在该扩张通道沿着尾板内侧按规律连续降低至出口管道压力。

进一步的，所述孔径或槽宽为2mm～4mm，开孔/槽率为10％～15％。

进一步的，所述的开孔/槽率定义为孔/槽面积占尾板内表面面积比。

本发明结构的工作原理方法为：孔状或槽状镂空结构利用合理的孔槽分布规律构成了有效的尾板内外侧流场连接通道。一方面在两侧初始流场压差较大时，通过多道孔槽结构使尾迹流场阶梯状降压最终逐渐平衡尾板内外压力，减小两侧流场压差；另一方面能够减弱试验叶片尾缘激波反射，优化尾迹流场。

进一步的，所述的合理的孔槽分布规律孔槽主要分布在直线段和二次曲线段的前半段，且均匀间隔分布。主要原因是这两段尾板附近的尾迹压力远高于出口处压力，孔槽结构作为泄压通道有明显降压效果。