【硕士论文】刘哲:有关平面叶栅的AVDR研究

硕士论文题目：

有关平面叶栅的AVDR研究

研究概括：

论文摘要：

现代航空发动机推重比的不断提高要求压气机在减少级数同时实现高压比、高效率，平面叶栅吹风试验作为获得二维叶栅流场数据的可靠手段，是先进叶型设计不可或缺的试验环节。平面叶栅流场需满足一定二维性才能获得较为可靠的二维性能数据。然而实际风洞流场中的端壁附面层发展会导致流道收缩，测量截面(50%叶高)出口的轴向速度密流增加会破坏流场二维性，且叶片负荷越高，流动二维性恶化更甚。现有研究大多聚焦于试验结果，能够得出叶片性能随二维性变化的定性结论，但缺少定量分析轴向速度密流比AVDR对叶栅气动特性影响的工具。

一般试验中通过增大展弦比保证测量截面二维性，但流道收缩程度随负荷升高加剧，所需展弦比更大，受限于风洞尺寸和成本，其不具备普适性。目前研究人员主要采用端壁抽吸的方法进行控制，但通常只着眼于抽吸效果，对抽吸方法本身并无系统研究，缺乏抽吸结构的设计依据。此外，风洞流场品质包括来流均匀性和二维性，试验中调控流场需同时考虑。最后，需要实现使用三维数据得到二维数据的目的。因此，本文针对上述问题，开展了以下工作并获得相关结论：

1、基于可压缩湍流附面层及叶栅流动理论，以某高负荷叶栅为研究对象，定量分析了轴向速度密流比AVDR对平面叶栅气动性能（总压损失系数、静压比、密度比和扩散因子）的影响。

2、数值分析了附面层发展阶段对平面叶栅试验二维性的影响，发现扩压叶栅通道角区附面层堆积是破坏流场二维性的主要因素；针对来流附面层提出了双三次收缩段的控制方案，针对角区附面层堆积提出了端壁抽吸的调控手段。

3、提出了中间通道端壁可变抽吸布局叶栅试验件设计方案，对高负荷叶栅的实验结果表明，该抽吸方案不仅有效提升了流场的二维性，且对上游流场品质影响较小；在相同抽吸量下，中部抽吸槽对AVDR的控制效果最佳。

4、建立了考虑叶栅试验AVDR影响的二维叶栅气动性能修正关系式，实现使用平面叶栅三维气动数据得到二维数据的目的。

研究生期间成果统计：

已发表论文：

1)      高丽敏, 刘哲等. 四种风洞收缩段流场特性对比研究[J]. 航空动力学报, 2020.（二作已发表）

2)      高丽敏, 刘哲等. 高负荷扩压叶栅试验流场二维性控制技术研究[J]. 实验流体力学, 2020.（二作已录用）

3)      高丽敏, 刘哲等. 高负荷扩压叶栅试验流场二维性控制技术研究[C]//中国工程热物理学会热机气动热力学论文集. 保定: 中国工程热物理学会, 202209.（二作已录用）

4)      高丽敏, 蔡明, 刘哲. 不同条件下平面叶栅风洞流场品质的试验研究[J]. 推进技术, 2020.（三作已发表）

5)      高丽敏, 蔡明, 刘哲. 基于抽吸的亚声速平面叶栅风洞流场品质控制研究[J]. 推进技术, 2020.（三作已发表）

6)      高丽敏, 蔡明, 刘哲. 亚声速压气机平面叶栅及其改型的对比试验[J]. 实验流体力学, 2020.（三作已录用）

发明专利：

7)      高丽敏, 刘哲等. 改善AVDR的可变抽吸位置叶栅实验装置及抽吸控制方法: CN111896213A[P]. 2020-01-06.（二作已公开）

8)      高丽敏, 蔡明, 黎浩学, 曹志远, 刘哲等. 可变安装角的平面叶栅实验装置以及实验方法: CN110907118A[P]. 2019-11-27.（五作已公开）