[发明专利]一种低雷诺数平面叶栅高空流动模拟装置

说明书

本发明公开了一种低雷诺数平面叶栅高空流动模拟装置。该装置沿气流方向依次包括进气闸阀组、进气快速阀组、进气调压阀组、直管段、扩张段、稳定段、收缩段、试验体、排气节流器、三级引射体和小孔排气段，试验体内安装涡轮叶栅试验模型或压气机叶栅试验模型，试验体连接真空抽吸组件和次流组件。进气调压阀组控制稳定段总压，抽吸组件控制叶栅试验件栅前静压和附面层；三级引射体和排气节流器控制超声速试验体或者亚声速试验体驻室背压实现雷诺数调节，尤其是高空低雷诺数调节。该装置能实现亚跨超声速和宽雷诺数范围流动模拟，适合开展航空发动机叶轮机平面叶栅气动性能试验研究和技术验证。

技术领域

本发明属于航空发动机基础研究试验设备领域，具体涉及一种低雷诺数平面叶栅高空流动模拟装置。

背景技术

航空叶轮机(包括风扇/压气机和涡轮)和燃气轮机是维持热力循环并产生推力的关键部件，其转/静叶片的气动外形决定了航空叶轮机和燃气轮机的气动性能。为设计出高性能的航空喷气发动机和燃气轮机，需要在叶栅(二维叶型)层面研究叶轮机的设计方法和流动特性。为了能在地面进行真实飞行条件下的叶栅通道流动气动特性试验研究，必须建造能够模拟实际飞行时的叶栅流动马赫数和雷诺数等参数的地面设备，以保证能够在接近实际工作状态的条件下进行试验。尤其是研制适应高空环境和超声速流动的叶型及叶栅，必须模拟其在高空低雷诺数和高速飞行状态下的流动条件，进行大量的气动性能试验研究和技术验证，以分析研究叶栅通道内的流动机理、特点和规律，验证新的设计方案。对于带气膜冷却及内部气冷的涡轮叶栅流动研究，还需要试验设备主流与次流之间具备足够的温度差或者温度比调节能力以及不同介质的引入能力，用以模拟两股同种或者不同种介质气流及涡轮叶片间的传热传质过程。

目前，国内外开展航空发动机叶轮机(包括风扇/压气机和涡轮)和燃气轮机叶型叶栅试验通常采用的流动模拟装置具有以下缺点：一是在模拟超声速流动时普遍采用多套单点马赫数固态喷管，改变流动状态时需要频繁更换喷管，操作极不方便，效率低下；二是试验段没有驻室结构，也无背压调节阀，对雷诺数模拟普遍采用真空抽吸方式，抽吸设备复杂，效率较低，密封保证困难，雷诺数模拟手段单一，模拟范围窄，高空模拟能力不足；三是次流系统功能单一，只具备一种介质气流的传热传质试验能力；四是流动模拟装置普遍采用开口射流结构，排气收集器简单，排气收集效果差，噪声污染大。

当前，迫切需要发展一种封闭式，具备亚跨超声速马赫数和雷诺数、特别是低雷诺数高空流动独立模拟能力，具有不同介质主/次气流温度比调节能力，操作方便高效的平面叶栅高空流动模拟装置，满足先进航空发动机叶轮机和燃气轮机叶型叶栅气动性能试验基础研究和技术验证的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低雷诺数平面叶栅高空流动模拟装置。

本发明的低雷诺数平面叶栅高空流动模拟装置，其特点是，所述的模拟装置沿气流方向依次包括进气闸阀组、进气快速阀组、进气调压阀组、直管段、扩张段、稳定段、收缩段、试验体、排气节流器、三级引射体和小孔排气段，试验体内安装涡轮叶栅试验模型或压气机叶栅试验模型，试验体连接真空抽吸组件和次流组件；

所述的进气闸阀组、进气快速阀组、进气调压阀组、直管段、扩张段之间通过法兰管路和膨胀节连接，并采用金属缠绕式密封垫密封；扩张段、稳定段和收缩段之间通过法兰连接，并采用金属缠绕式密封垫密封；

所述的收缩段、试验体和排气节流器之间通过端面销钉定位，并采用充气围带密封；

所述的排气节流器、三级引射体和小孔排气段之间也通过法兰连接，并采用金属缠绕式密封垫密封；

所述的扩张段为锥形体，用于降低稳定段流速，稳定稳定段流场；

所述的收缩段为圆变方形体，将圆形进气截面改为方形进气截面，提高试验段流速和流场品质；