垂直于叶片弦线方向喷气对转子稳定性的影响研究

doi:10.13675/j.cnki.tjjs.180817

推进技术 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (4): 791-801.DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.180817

垂直于叶片弦线方向喷气对转子稳定性的影响研究

晏松¹，楚武利^1,2

1.西北工业大学动力与能源学院，陕西西安 710072;2.先进发动机协同创新中心，北京 100191

发布日期:2021-08-15
作者简介:晏松，博士生，研究领域为叶轮机械气动热力学。E-mail：yansong123597@163.com
基金资助:
国家自然科学基金（51576162）；国家自然科学基金重点项目（51536006）。

Effects of Injection Perpendicular to Blade Chord on Stability of Rotor

1.School of Power and Energy,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China;2.Collaborative Innovation Center of Advanced Aero-Engine,Beijing 100191,China

Published:2021-08-15

摘要/Abstract

摘要： 以NASA Rotor37为研究对象，采用数值模拟的方法进行叶顶喷气对转子稳定性的影响研究。研究表明，在叶顶垂直于叶片弦线方向喷气可以达到扩稳效果，其扩稳机理在于通过喷口喷射出的高速射流把叶顶泄漏流吹向转子吸力面，减弱了叶顶泄漏流对主流的影响，使得转子叶顶堵塞区域减小，改善了叶顶区域的流通状况，从而得到扩稳效果。在喷气流量对转子稳定性的研究中，喷气流量越大，对增强稳定性越有利。在所选取的1%，1.5%和2%三种喷气流量水平下，2%的喷气流量可以使转子的流量裕度提高4.24%，综合裕度改进量提高5.16%。此外，不同喷气流量对转子的流场影响不同，随着喷气流量的增大，除了可以降低叶顶前缘负荷外，还可以通过将激波位置推向下游，从而有利于减弱流动分离，对转子稳定性的提升更为有利。

关键词: 叶顶喷气;泄漏流动;扩稳;堵塞;转子

Abstract: NASA Rotor37 was used as the research object and the effects of injection on rotor stability were studied by numerical simulation. The research shows that the injection can achieve the stability effect when injection is perpendicular to the chord of the blade. The mechanism of enhancing stability is that the high-speed jet through the nozzle blows the tip leakage flow to the suction surface of the rotor, which weakens the leakage flow at the tip of the blade. The rotor tip blockage area is reduced, and the flow condition of the tip area is improved, thereby achieving the enhancing stability. In the study of the injection flow to the stability of rotor, as the injection flow rate becomes larger, the stability is enhanced. Among the selected 1%, 1.5% and 2% three injection flow levels, 2% of the injection flow can increase the rotor flow margin by 4.24% and the stall margin improvement by 5.16%. In addition, different injection flow has different effects on the flow field of the rotor. In addition to reducing the tip load of the blade leading edge, it can also reduce flow separation of the blade by pushing the shock wave position downstream. It is more advantageous to improve the stability of the rotor.

Key words: Tip injection;Leakage flow;Stability enhancement;Blade blockage;Rotor

晏松，楚武利. 垂直于叶片弦线方向喷气对转子稳定性的影响研究[J]. 推进技术, 2020, 41(4): 791-801.

YAN Song¹, CHU Wu-li^1,2. Effects of Injection Perpendicular to Blade Chord on Stability of Rotor[J]. Journal of Propulsion Technology, 2020, 41(4): 791-801.

参考文献

[1] Freeman C, Wilson A G， Day I J， et al. Experiments in Active Control of Stall on an Aeroengine Gas Turbine[J]. Journal of Turbomachinery， 1998， 120(4): 637-647.
[2] Kenneth L S， Michael D H， Scott A T， et al. Compressor Stability Enhancement Using Discrete Tip Injection. [R] . ASME 2000-GT-650.
[3] Anthony J S， Michelle M B， Scott T， et al. Compressor Stall Control Through Endwall Recirculation[R]. ASME 2004-54295.
[4] Sven-Jurgen Hiller， Matzgeller Roland， Horn Wolfgang. Stability Enhancement of a Multistage Compressor by Air Injection[J]. Journal of Turbomachinery， 2011， 133(3)： 1-7.
[5] 童志庭. 轴流压气机中叶尖泄漏涡、失速先兆、叶尖微喷气非定常关联性的实验研究[D]. 北京：中国科学院工程热物理研究所， 2006.
[6] 张皓光，楚武利，卢新根，等. 顶部喷气对高速轴流压气机性能及流场的影响[J]. 推进技术， 2006， 27(6): 501-504.
[7] 卢新根，楚武利，朱俊强. 定常微量喷气提高轴流压气机稳定工作裕度机理探讨[J]. 西北工业大学学报， 2007， 25(1): 17-21.
[8] 卢新根. 轴流压气机内部流动失稳及其被动控制策略研究[D]. 西安:动力与能源学院， 2007.
[9] 吴艳辉，田江涛，李清鹏，等. 跨音轴流压气机转子叶尖喷气扩稳机理分析[J]. 工程热物理学报， 2011， 32(7): 1119-1122.
[10] 吴艳辉，稂仿玉，吴俊峰，等. 叶尖喷气影响压气机近失速流场特征的数值研究[J]. 推进技术， 2014， 35(2): 195-201.
[11] 马文生，顾春伟. 轴流压气机跨声级转子叶顶喷气的流动特性[J]. 推进技术， 2009， 30(3): 302-307.
[12] 王维，楚武利，张皓光. 基于试验设计的高负荷轴流压气机叶顶喷气参数化研究[J]. 推进技术， 2014， 35(2): 178-186.
[13] 贾惟，刘火星. 叶顶喷气对跨声速转子近失速点流动的影响[J]. 航空动力学报, 2011， 26（12）： 2731-2740.
[14] 李继超，刘乐，童志庭，等. 轴流压气机叶顶喷气扩稳机理试验研究[J]. 机械工程学报， 2014， 50(22): 171-177
[15] R D Reid Moore . Design and Overall Performance of Four Highly-Loaded， High-Speed Inlet Stages for an Advanced， High-Pressure-Ratio Core Compressor[R]. NASA-TP-1337， 1978.
[16] Celestina M L， Suder K L. Experiment and Computational Investigation of the Tip Clearance Flow in a Transonic Axial Compressor Rotor[R]. ASME Journal of Turbomachinery， 1997， 118: 218-229.
[17] 张燕峰. 高载荷压气机端壁流动及其控制策略研究[D]. 西安：动力与能源学院， 2010.
[18] Denton J D. Lessons from Rotor 37[J]. Journal of Thermal Science， 1996， 6(1).
[19] Suder K L， Celestina M L. Experiment Investigation of the Flow Field in a Transonic， Axial Flow Compressor with Respect to the Development of Blockage and Loss[R]. NASA-TM-107310， 1996.
[20] 王维. 轴流压气机叶顶喷气和自循环机匣处理的设计规律及流动机理研究[D]. 西安：动力与能源学院， 2016.

垂直于叶片弦线方向喷气对转子稳定性的影响研究

Effects of Injection Perpendicular to Blade Chord on Stability of Rotor

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 0

编辑推荐

Metrics

本文评价