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时间:2011-02-10 16:03来源:蓝天飞行翻译 作者:admin
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三维旋转流场的动态测量中有两个关键性问题:其一,确定测点的空间相对位置;其
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二,保证三路测量的同时性。试验中分别采用开空间窗口和开时间窗口的方法解决。在转子转动过程中,利用每一个叶片给出一个基准信号(如前段所述),再以该基准信号为起点给出一系列等间隔的方波,用这些方波作为采样的控制信号,则方波与基准信号的相对位置就给出测点叶片通道中的相对位置。时间窗口也是一个方波。当三路信号处理器的数据就绪信号(""%"&)都落在同一个时间窗口中时,计算机才能进行采样。空间窗口和时间窗口的宽度都可作随意调整,以确定不同的空间和时间分辨率。一般,空间分辨率在 ’( )**,对应时间分辨率为 +( ’*,。
风扇试件的主要参数为:转速 5)-6 7 *89,设计流量 ’(: ;’+ .) *07,,叶尖速度 ’)( 6* 7,,叶片数 /、轮毂比 +( 2,叶轮外径 26**,叶片展弦比 +( :,叶片轴向弦长 ’’**,叶片安装角 52<,叶片通过频率 2++=>。
试件装在一个 2自由度位移机构上,测点位置在轴向和径向上的改变由该位移机构带动风扇做平移来实现。周向测点由空间窗口确定。
沿轴向自前缘 )**起向后共设 6站,站距 )**。最后一站位于转子出口距尾缘 ’**处。
径向从叶尖向下 ’**处开始向叶根部深入三站,站距 ’**。周向每叶片通道开空间窗口 )+个,对应角分辨率约 )( 2/<。该空间窗口也被选为时间窗口,对应 +( ’*,。
图 -./ ./示出不同叶高处圆柱切面上的绝对速度等值线图,线距 +( +0栅距。在靠近叶尖 :03叶高处,叶片前部有较大载荷,由此造成的叶片两侧的压差为漏气流动的驱动力;在叶片的中后部,载荷很小,绕过叶端的漏气也将减弱,沿叶尖向下,压力峰和吸力峰都向下游移动,且其强度增强,说明由叶尖的漏气和潜流所引起的流动结构沿流程向下在往叶高中部迁移,而由叶端间隙造成的载荷沿叶高的降低在逐步减小。叶片后部吸力面的相对高速度区说明该处存在分离的趋势。
对于涡量的测量表明,在叶片槽道内部,轴向涡量分布的总趋势是由下向上、由前至后逐渐减弱,且除靠近壁面区由于粘性和角涡引起的涡量分布扭曲外,沿周向基本上是均匀的。近壁处涡强更弱。最大涡量应存在于尾迹和压力两侧的叶片中径区。在叶片出口截面,最高湍流度亦发生在尾迹。由于气流角在叶尖区的欠转以及靠近叶端壁面时的过转,尾迹在湍流区发生扭曲。
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图 -./ .01距叶尖 ’23叶高处、中间处、接近失速点时相对马赫数 4"的轴向分布
 
二、动态燃气温度测试系统
度脉动;燃油喷嘴喷射速度脉动、油泵转速变化、压气机整流叶片调节不准确性带来的温度脉动;燃烧室内声耦合效应,声干扰,压力和速度脉动,不稳定释热率以及燃油流量不稳定产生的温度脉动;由发动机部件之间的相互动态干扰引起的工作偏移所产生的温度脉动等。一般燃烧室产生的动态燃气温度可达 )./左右。动态温度测量是一复杂技术。下面介绍一种能在航空发动机主燃烧室环境中进行动态温度测量的双线热电偶系统,其补偿方法是基于两个不同直径热电偶对脉动燃气温度场的响应。
&0动态燃气温度传感器图  " "%距叶尖 &’(叶高、 )*(弦长处(通过入口激波)、接近失速点相对马赫数 +,-的周向分布

 

图  " "’%接近失速点,距叶尖 &’(叶高处,叶片间的等相对马赫数 +,-线
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一根热偶丝线直径 ",另一根热偶丝线直径 %&,均通过激光对接焊连接偶丝,并定点焊于支持线上。这种动态温度热电偶对极端环境有良好的适应性,例如:
"适合于几何尺寸大于 ’的一般环形燃烧室。
温度范围在 (&%& ) ("%&*下累积工作 +而探头无明显烧蚀。
压力范围为 (, &(-./ 0 1 0 , &-./。
%速度为 %& )(%& 23。
&传感器寿命最低 %+。
’精度,对于 4 *&&56,温度测量误差 *%7;对于 &&56 0 4 0 (856,温度测量误差 (&7。
(空间分辨率 9*&, %’。
)振动为 (&:。
这种热电偶的材料为铂 2铑合金((;&&*)并在高温下具有良好的抗氧化特性。这种铂 2铑合金在拉伸强度、熔化温度、电动势输入、传热、断裂强度以及加热特性均较适合于燃烧室环境。增加铑的含量能提高其拉伸和断裂强度。
热电偶的支承件应能在高温气流中非冷却地工作,以尽量减少热电偶线的传热损失。采用的材料是 <=>?陶瓷,这种材料的最大应力为 @&, @-./。最佳组成为铂 2 ?&7铑和 <=>?陶瓷。陶瓷具有良好的电绝缘性,成本也较低。因此,选用陶瓷制作探头。
对该种双线被动热电偶进行瞬态热分析,以评定脉冲加热、辐射热损失和末端传热损失的影响。用有限差分模型模拟了物理热电偶连线、细线以及较粗的支承线。假定燃气温度为 (@&&*,脉动量土 %&&*,采用最恶劣环境(最大温度脉动和最小频率)建模,其结果是辐射传热的损失不大于 (&*,但热传导损失最大达 "*,不能忽视。因此、分析测量温度数据要用包含传导项和对流项的二阶方程,因为二阶能量方程是时间和空间的线性方程。
,动态温度探头的安装在缩尺燃烧室中,探头要承受 &, (-./、马赫数 -/为 &, %的高温燃烧室气流条件下的气动载荷。为了保证探头工作可靠,采用 %&&:的振动设计标准。
在发动机中设计的探头要承受 , &-./、马赫数 -/为 &, ?的高温燃烧室气流,仍采用 %&&:的振动设计标准。 <. A%孔探塞位置位于燃烧室出口下游两个第一级涡轮导向器叶片之间。该位置的测试条件从发动机慢车到中间状态变化,马赫数为燃烧室出口条件值 &, ?"。
传感器包含一个直径为 &, @B’的陶瓷棒,其上有 @个直径为 &, &;’的孔。陶瓷棒安装在 &, "?%’的高温合金(CD’EDF=)管中,并有长度为 (, &("’的部分暴露在气流中。热电偶支承线安装在 @个孔中,采用激光定位焊固定。热电偶终止于探头的另一端,采用标准的 "针 GFDHCI接头,保持在 ??;*或更低温度下,以此作为参考温度。陶瓷棒在高温下有很高的强度和电绝缘性。
 
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