一種旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)是繼蒸汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)之后，近幾十年來發(fā)展迅速的新型動力裝置，其在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域取得統(tǒng)治地位后，越來越多的應(yīng)用于水面艦艇、燃機(jī)電廠等領(lǐng)域。燃?xì)廨啓C(jī)是以部件技術(shù)為基礎(chǔ)的，其性能的改進(jìn)離不開部件技術(shù)的發(fā)展。而壓氣機(jī)作為燃?xì)廨啓C(jī)的三大核心部件之一，其技術(shù)的革新對燃?xì)廨啓C(jī)性能的提高有舉足輕重的作用。
[0003]旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子作為一種新型的超聲速壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，具有單級壓比高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕等優(yōu)點，其相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用必會降低燃?xì)廨啓C(jī)的尺寸和重量，進(jìn)而提高其功重比。
[0004]作為一種全新的壓縮系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子試驗技術(shù)是目前亟待解決的關(guān)鍵問題之一。由于工作轉(zhuǎn)速較高，旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子試驗件對材料、潤滑和支撐等的要求非?？梁J，因此，研發(fā)旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子級試驗系統(tǒng)，并開展試驗研宄存在研制周期長、技術(shù)難度高、風(fēng)險性高和成本高等缺點，同時，旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子級試驗僅能獲得進(jìn)出口總參數(shù)以及機(jī)匣壁面壓力分布參數(shù)，而不能獲得其內(nèi)部較為詳細(xì)的流場結(jié)構(gòu)參數(shù)，不利于深入理解旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子內(nèi)部的流動機(jī)理?，F(xiàn)有的壓氣機(jī)平面葉柵實驗系統(tǒng)針對的是常規(guī)壓氣機(jī)，雖然測量手段豐富，但其實驗段來流速度相對較低，多為亞聲速或跨聲速，滿足不了旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗段來流速度為較高超聲速的要求。另外，現(xiàn)有的壓氣機(jī)平面葉柵實驗系統(tǒng)實驗段出口直接與大氣環(huán)境相連，沒有設(shè)置節(jié)流閥等設(shè)備，不能實現(xiàn)實驗段出口背壓的調(diào)節(jié)。此外，為了獲得旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子內(nèi)部流動特征及總體性能隨實驗工況的變化規(guī)律，需要開展多工況條件下旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗研宄，而目前還沒有專門用于旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵開展多工況研宄的實驗系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗系統(tǒng)，可實現(xiàn)較高的超聲速來流條件且實驗段出口背壓可調(diào)，能開展多工況條件下的旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗系統(tǒng)，包括氣源供給系統(tǒng)、風(fēng)洞筒體、拉瓦爾噴管、平面葉柵實驗段和實驗測試與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述的氣源供給系統(tǒng)由電機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)、穩(wěn)壓段和變頻控制器組成；所述的風(fēng)洞筒體由擴(kuò)圧段、穩(wěn)流段和收縮段組成，在穩(wěn)流段內(nèi)部布置蜂窩器和整流網(wǎng)，在整流網(wǎng)后的穩(wěn)流段側(cè)壁開設(shè)總壓探針的測量孔口 ；風(fēng)洞筒體之后連接拉瓦爾噴管。拉瓦爾噴管之后放置平面葉柵實驗段，所述的平面葉柵實驗段由上蓋板、下端壁、下托板、隔板、壓縮面、喉部、擴(kuò)壓面、節(jié)流閥、節(jié)流閥電機(jī)、節(jié)流閥變頻器和可轉(zhuǎn)平臺組成。平面葉柵實驗段由偶數(shù)個隔板分割成奇數(shù)個進(jìn)氣流道。
[0008]組成進(jìn)氣流道的隔板均沿氣流流動方向放置，順氣流流動方向看，最左側(cè)隔板的前緣位于拉瓦爾噴管的出口位置，與其相鄰的第二個隔板的前緣與最左側(cè)隔板的前緣之間沿氣流流動方向錯開一定的距離，其它隔板前緣與其左側(cè)相鄰隔板前緣之間也同樣依次錯開相同的距離。兩相鄰隔板前緣之間在氣流流動方向錯開的距離均相等，且兩相鄰隔板之間的距離均保持一個進(jìn)氣流道的寬度。壓縮面、喉部和擴(kuò)壓面沿氣流流動方向依次安裝在兩相鄰隔板之間的重疊區(qū)域，并通過螺栓或銷釘或螺釘與下端壁相連接，且壓縮面、喉部和擴(kuò)壓面三者沿流向長度之和不超過兩相鄰隔板沿流向方向重疊區(qū)域的長度。
[0009]所述的下端壁通過螺栓固定在可轉(zhuǎn)平臺上。所述的上蓋板通過空心圓筒支撐在下端壁上，并且通過螺栓穿過空心圓筒把上蓋板固定在下端壁上，上蓋板與下端壁之間保持一個旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子進(jìn)氣流道高度。所述的隔板穿過下端壁，并通過螺栓或銷釘或螺釘固定在下托板上。下托板與下端壁之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，并通過螺栓與下端壁進(jìn)行連接，下端壁底部開有一定深度的螺紋孔，通過調(diào)整螺栓在下端壁底部螺紋孔中的旋進(jìn)深度，控制下端壁與下托板之間的間隙，進(jìn)而調(diào)整旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子進(jìn)氣流道隔板頂部間隙。隔板側(cè)壁和進(jìn)氣流道上蓋板上分別開設(shè)隔板靜壓孔和上蓋板靜壓孔，所述的隔板靜壓孔從隔板50%高度處連通到隔板底部。在拉瓦爾噴管出口側(cè)面設(shè)置一個側(cè)擋板，側(cè)擋板通過螺栓連接在拉瓦爾噴管上。所述的實驗測試與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括氣動探針、總壓探針、五孔探針、坐標(biāo)位移機(jī)構(gòu)、粒子圖像測速儀PIV、紋影儀、油流裝置、壓力掃描閥和遠(yuǎn)程計算機(jī)。所述的氣動探針安插在上蓋板上壁面和隔板的底面；所述的總壓探針安裝在穩(wěn)流段中的整流網(wǎng)之后，并伸入穩(wěn)流段的中心位置處；所述的坐標(biāo)位移機(jī)構(gòu)安裝在拉瓦爾噴管的上壁面靠近出口位置處，并通過螺栓固定在拉瓦爾噴管上；所述的五孔探針通過螺栓連接在坐標(biāo)位移機(jī)構(gòu)上，并通過狹縫伸入旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子進(jìn)氣流道內(nèi)部；所述的粒子圖像測速儀由PIV激光發(fā)生器、PIV相機(jī)和粒子發(fā)生器組成，其中Piv激光發(fā)生器放置在平面葉柵實驗段正上方，Piv相機(jī)安放在平面葉柵實驗段的側(cè)面，并和平面葉柵實驗段保持在同一水平高度上，粒子發(fā)生器放置在收縮段下方地面上，并通過管路連接到收縮段近出口位置；所述的紋影儀由紋影光源、反射鏡1、反射鏡I1、刀口和紋影相機(jī)組成，紋影光源、反射鏡I和反射鏡I1、刀口、紋影相機(jī)分別安放在平面葉柵實驗段的兩側(cè)，并和平面葉柵實驗段保持在同一水平高度上；所述的油流裝置由油流鐵粉和硅油組成；所述的壓力掃描閥由多個壓力掃描模塊組成，內(nèi)部集成了壓力傳感器和A/D變換器，感受壓力信號后，經(jīng)過處理直接輸出數(shù)字信號到遠(yuǎn)程計算機(jī)。
[0010]本發(fā)明的工作過程如下:
[0011]本發(fā)明工作時，變頻控制器控制電機(jī)并驅(qū)動離心鼓風(fēng)機(jī)，將獲得了一定壓力和溫度的氣流送入風(fēng)洞筒體，經(jīng)過穩(wěn)流段內(nèi)的蜂窩器和整流網(wǎng)的碎渦和整流作用之后，得到較為平穩(wěn)的氣流，經(jīng)拉瓦爾噴管將氣流加速到超聲速，然后進(jìn)入平面葉柵實驗段，氣流通過平面葉柵實驗段后排入大氣。實驗時，氣動探針得到隔板半葉高處和上蓋板上的壁面靜壓，總壓探針對進(jìn)入平面葉柵實驗段的進(jìn)口來流總壓進(jìn)行測量，五孔探針在坐標(biāo)位移機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動下進(jìn)行平面葉柵出口截面氣動參數(shù)測量。上述氣動探針、總壓探針和五孔探針感知的流場壓力信號，經(jīng)過氣動軟管傳遞到壓力掃描閥的傳感器，壓力信號經(jīng)A/D變換器轉(zhuǎn)換后，直接輸出數(shù)字信號到遠(yuǎn)程計算機(jī)。粒子圖像測速儀通過PIV激光發(fā)生器和PIV相機(jī)捕捉由粒子發(fā)生器散布在旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗段內(nèi)部示蹤粒子的速度分布，進(jìn)而顯示其內(nèi)部速度矢量場。紋影儀采用“Z”字形光路布置，光源發(fā)出的光線通過反射鏡I反射后穿過光學(xué)玻璃側(cè)擋板和隔板，并再次通過反射鏡II反射后進(jìn)入刀口，最終被紋影相機(jī)捕獲，進(jìn)而獲得可分辨的激波結(jié)構(gòu)紋影圖像。將鐵粉和硅油按一定比例勾兌，然后涂抹在壓縮面、喉部、擴(kuò)壓面和隔板壁面表面進(jìn)行油流實驗，獲得以上壁面流動圖譜。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0013]1、本發(fā)明在平面葉柵實驗段之前配置拉瓦爾噴管，不僅可以以較低的成本和較小的技術(shù)難度實現(xiàn)較高的超聲速來流條件，而且能夠通過更換拉瓦爾噴管實現(xiàn)進(jìn)口來流馬赫數(shù)的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)不同來流馬赫數(shù)條件下的旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗研宄。
[0014]2、本發(fā)明在轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗段后設(shè)置節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)節(jié)流可以實現(xiàn)平面葉柵實驗段出口背壓的調(diào)節(jié)，從而可以進(jìn)行不同背壓工況下旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗研宄。
[0015]3、本發(fā)明將將平面葉柵實驗段固定在可轉(zhuǎn)平臺上，通過調(diào)節(jié)可轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)角度可以方便、快捷地調(diào)節(jié)平面葉柵實驗段的來流攻角，實現(xiàn)不同來流攻角的旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗研宄。
[0016]4、本發(fā)明將隔板固定在下托板上，通過調(diào)整下托板和下端壁之間的螺栓在下端壁螺紋中的旋進(jìn)深度可以方便地實現(xiàn)隔板頂部間隙尺寸的調(diào)節(jié)，從而可以方便地進(jìn)行不同隔板頂部間隙條件下的旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗研宄。
【附圖說明】
[0017]圖1是旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵實驗系統(tǒng)示意圖。
[0018]圖2是平面葉柵實驗段三維示意圖。
[0019]圖3是平面葉柵實驗段俯視圖及紋影儀布置示意圖。
[0020]圖4是圖3中A-A截面處剖切后的放大圖。
[0021]圖5是圖3中B-B截面處剖切后的放大圖。
[0022]圖6是隔板安裝示意圖。
[0023]圖7是圖6中A處隔板頂部間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)局部放大圖。
[0024]圖8是隔板壓力面靜壓孔位置示意圖。
[0025]圖9是隔板吸力面靜壓孔位置示意圖。
[0026]圖10是上蓋板示意圖。
[0027]圖11是粒子圖像測速儀PIV布置示意圖。
[0028]圖中:1、電機(jī)，2、離心鼓風(fēng)機(jī)，3、穩(wěn)壓段，4、擴(kuò)圧段，5、穩(wěn)流段，6、收縮段，7、拉瓦爾噴管，8、平面葉柵實驗段，9、上蓋板，10、下端壁，11、下托板，12、隔板，13、壓縮面，14、喉部，15、擴(kuò)壓面，16、節(jié)流閥，17、節(jié)流閥電機(jī)，18、節(jié)流閥變頻器，19、可轉(zhuǎn)平臺，20、隔板靜壓孔，21、上蓋板靜壓孔，22、總壓探針，23、坐標(biāo)位移機(jī)構(gòu)，24、五孔探針，25、PIV激光發(fā)生器，26、PIV相機(jī)，27、粒子發(fā)生器，28、紋影光源，29、反射鏡I，30、反射鏡II，31、刀口，32、紋影相機(jī)，33、狹縫，34、側(cè)擋板。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地描述:
[0030]如圖1所示，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子平面葉柵