[发明专利]基于旋转缝栅的可调频率和相位非定常流动控制实验装置

说明书

本发明涉及一种基于旋转缝栅的可调频率和相位非定常流动控制实验装置，包括引气口，缝栅进气流路，旋转缝栅，缝栅出气流路，驱动缝栅旋转发生器，控制射流喷口。通过设计引气流路，将外部高压气体引入角区两侧射流喷口，通过驱动缝栅旋转发生器带动一定相位差的缝栅旋转，在射流出口处产生脉冲射流，利用脉冲射流与流场的相互作用，对分离流进行抑制，以此来降低或削弱角区中的分离情况。优点：本发明装置可在角区产生不对称流动分离的情况下，通过缝栅的相位差的优势，达到相位可调的不同频率的流动激励，这种较小的非定常控制激励能够依靠很小的射流量产生显著的控制流动分离情况。装置相位可调，频率可控，结构简单，体积重量小，工作性能可靠。

技术领域

本发明是基于旋转缝栅的可调频率和相位非定常流动控制实验装置，属于压气机技术领域。

背景技术

航空发动机技术水平对国防武器建设发展乃至国家安全与战略都具有极其重要的地位，是衡量一个国家综合工业水平和科技实力的重要标志，被冠以“现代工业皇冠上的明珠”称号。压气机的压缩能力和效率从根本上决定了航空发动机的整机性能水平，是衡量流体机械性能的重要标志。随着压气机单级负荷的提升，极易造成压气机叶片吸力面的附面层分离、角区分离等流动，进而引发角区失速现象，对压气机的稳定工作范围和气动效率产生严重的影响。由于压气机内部逆压梯度大，在叶背和角区处易产生流动分离现象，从而制约了压气机性能的进一步提升。

三维的角区失速问题本质上是两个相互正交的横向涡层发生失稳而引发的拟序分离流结构问题，涉及到两个正交方向的相位组织问题，如何通过简单高效的控制装置来产生相位和频率可调的周期性抽吸或射流，进而对两横向涡层的运动方式进行合理的调控是非定常流动控制在角区分离控制时面临的一个难题，也是非定常流动控制实验过程中急需解决的一个关键问题。要实现相位可控的双侧非定常流动控制，其应包括两个核心部件的设计问题，

1、周期性的非定常激励信号问题。如何通过简单可靠的装置来产生频率可控的脉冲射流或抽吸。2、相位控制装置问题。在产生了周期性激励信号的基础上，采用相对简单的机械装置或管路设计从而实现对两侧双扩张通道进行相位可控和调整。

发明内容

本发明提出的是基于旋转缝栅的可调频率和相位非定常流动控制实验装置，其目的在于针对现有技术存在的缺陷，通过一种基于旋转缝栅的可调频率和相位的角区非定常流动控制实验装置来产生相位和频率可调的周期性射流，利用非定常流动控制对两横向涡层的运动方式进行合理的调控，从而达到对角区流动分离的控制，进一步提高航空动力推重比，进一步实现压缩系统（风扇/压气机、进气道）在更少级数、更短流道内的大压比压缩。

本发明的技术解决方案：一种基于旋转缝栅的可调频率和相位的角区非定常流动控制实验装置，其结构包括引气口5、射流喷口2、旋转缝栅6、缝栅进气流路8、缝栅出气流路7和驱动缝栅旋转发生器；其中，引气口5与外部高压气体相连，将外部高压气体引入角区两侧射流喷口2，旋转缝栅6的相位和频率可调，通过驱动缝栅旋转发生器带动一定相位差的旋转缝栅6进行旋转，缝栅进气流路8和缝栅出气流路7通过旋转缝栅6形成相位差能够在0~360度、频率为数十赫兹到数千赫兹之间的非定常控制射流，通过射流喷口到达分离位置，利用脉冲射流与流场的相互作用，对分离流进行抑制，以此来降低或削弱角区中的分离情况。

所述叶背和端壁轮毂处均开有射流缝，射流喷口2中心位置位于角区分离点1前后10%射流喷口进口支撑面高度H₁的特征长度，射流喷口的气流出口角度可进行0-90度的调整；射流喷口进口宽度W₁为射流喷口进口长度L₁的0.1%～20%，射流喷口进口长度L₁为射流喷口进口支撑面高度H₁的1%-100%。

所述引气口5采用的是渐缩型流路，在最外界与高压气源相连，与旋转缝栅6接触的缝栅进气流路8的直径R₈小于旋转缝栅6开缝宽度W₃的10%～20%，从而保证进入缝栅的气流气密性；进气口的面积大小与缝栅的投影面积大小基本一致，保证有足够进入缝栅的气流量。