脉冲爆震涡轮盘腔温度特性试验分析.pdf

脉冲爆震涡轮盘腔温度特性试验分析赵 丹陈 剑余 强凌 季吕学敏(.中国航发湖南动力机械研究所湖南 株洲.中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室湖南 株洲)摘 要:为了研究爆震波对涡轮盘腔内温度特性的影响通过试验方法测量了爆震室工作在不同频率脉动来流下所模拟的涡轮各腔室内的温度随时间的变化特性 结果表明:爆震波对 个腔内温度影响较小不存在燃气大量入侵造成腔内超温影响涡轮正常工作的问题在脉冲爆震试验中适当增大分气量对腔内温度变化基本没有影响关键词:爆震 涡轮盘腔 温度特性 试验方法中图分类号:.文献标识码:文章编号:():.:脉冲爆震涡轮发动机既具有爆震燃烧效率高、自增压等特点又具备旋转机械能量转化率高的优势有望满足未来高性能飞行器对动力装置的要求为我 国 下 一 代 燃 气 轮 机 研 制 提 供 新 途 径 等人建立了 管脉冲爆震燃烧室与大尺寸单级轴流涡轮相互作用综合试验系统针对多参考文献 .():.:.():./:.:.朱惠人郭涛许都纯.双排簸箕形孔气膜冷却效率及其叠加算法.航空动力学报():.作者简介:余强()男重庆铜梁人硕士研究生工程师研究方向:航空发动机空气系统及传热收稿日期:管脉冲爆震燃烧室()之间的相互影响进行了研究 结果表明与涡轮之间的相互作用会影响多管顺序点火的工作稳定性本试验将脉冲爆震涡轮发动机核心机的涡轮盘腔室简化为静止腔开展各腔室温度特性试验研究测量爆震室工作在 、时脉动来流下所模拟的涡轮各腔室内的温度随时间的变化特性为核心机试验和后期发动机空气系统设计提供依据 试验系统试验系统包括供气系统、供油系统、单管回流脉冲爆震燃烧室、点火系统、冷气供给系统和数据采集系统如图 所示1115图 单管封严试验系统5#5#551155*#*1U1U#-图 试验模型及温度传感器 布置示意试验件模型如图 所示 实际脉冲爆震发动机是 管回流脉冲爆震燃烧室而此次是想通过单管试验对涡轮盘腔室的压力特性进行初步研究所以对实际涡轮盘腔室体积进行/折算得到、及 个腔室 和 模拟涡轮盘前腔 模拟涡轮盘后腔 与 腔由缝板隔开缝长 宽.间距 缝板厚 和 两腔均通过弦长 宽 间距 的缝与测试段主体相连通 上述各腔室体积及缝宽均根据发动机实际尺寸进行折算 试验件中、过渡到 腔的流道型线是收缩形的用来模拟实际情况下主流燃气经过一级转子叶片压力下降而设计的 收缩形流道型线如图 所示*图 收缩形流道示意图在爆震室出口设置有压力测点 爆震室出口排气与放气段放气一起进入封严测试段 封严测试段主体沿来流方向依次设有压力测点、且、和 均装有压电式压力传感器 放气段放气与爆震室出口喷管之间通过金属软管相连金属软管有两种规格内径为 和 单次试验选择其中一种 腔内设有温度测点、其上分别装有热电偶、腔上设有温度测点、其上分别装有热电偶、腔上设有温度测点、其上分别装有热电偶、热电偶 与、与、与 均对称布置、在一侧、在另一侧用以监测各腔内的温度 使用 型热电偶进行测量测量误差为.热电偶测温数据通过 型温度扫描阀进行采集采样频率为 次/试验流程本次试验工况设置见表 表 工况设置参数工况工况工况工况频率/来流标况流量/(/)来流温度/放气掺混管内径/腔封严压力/.腔封严压力/.()先进行封严引气测试调整供气瓶数及减压阀开度将封严气调整到所需压力保证所测时间内所需特定压力的封严气的稳定供给()将来流加热到指定工况打开封严气电磁阀当数采仪所示封严气压力稳定后爆震室点火开始工作全程由压力温度采集系统进行数据采集采集结束时间由封严腔内温度决定当腔内温度在爆震燃气及封严冷气共同作用下趋于稳定爆震室停止工作并关闭封严气电磁阀单个工况试验结束()调整来流压力、温度、封严气压力进行下一个工况点测试 试验结果分析本试验在同一个腔内同一高度对称布置了两个温度测点 通过测量爆震波冲击前后腔内的温度变化反映通过间隙后在封严气的作用下爆震波对腔内温度的影响5555#5#5555UT 图 工况 腔内各测点温度图 展示的是工 况()腔内各测点温度变化曲线图如图 来流加温至 腔内温度测点、温度分别为 、腔内的温度测点、温度分别为 、腔上温度测点、温度分别为 、在图中 所示时刻打开封严冷气腔内温度开始骤降封严气由高压空气罐经减压阀减压后提供实测室内温度 作为封严空气总温 认为图中 时刻之后开封严冷气的瞬间温度突升是噪声干扰 约 秒后等到封严冷气总压稳定点火爆震室开始工作如图中 时刻 此后在爆震燃气及封严气共同作用下腔内温度缓慢下降一段时间后趋于稳定 稳定时 腔内实测温度、分别为 、腔内实测温度、分别为 、腔内实测温度、分别为 、图中 时刻停止点火爆震室不工作 腔入口总压远高于测试段主体狭缝附近的气压封严冷气大量灌入使得 腔内温度5555#5#5555UT 图 工况 腔内各 测点温度下降明显 腔内温度略有下降之后关掉封严气腔内温度在来流作用下再开始回升图 图 展示的分别是工况 工况 腔内各测点温度变化曲线图数据汇总见表 由表 可知:55#5#55555#5#555555555UTUT 图 工况 腔内各测点温度 图 工况 腔内各测点温度()引入、两腔的来流总温均为.在封严气及爆震室工作时仅从腔内所测得的温度而言 种工况下温度均在 、三腔内温度接近常温即在爆震燃气与封严冷气共同作用下腔内温度迅速降低不存在燃气大量入侵造成腔内超温影响工作的问题表 不同工况下的各测点温度实测温度工况()工况()工况()工况()/./././././.注:()爆震室不工作(来流加热)无封严气爆震室工作封严气()测量误差为.即为所测摄氏温度绝对值的正负.()由于 腔直接与封严气相通且与爆震室之间还间隔有 腔在爆震室工作后其腔内温度(、)应该最低但实际上所测结果显示平衡后腔内静温、温度普遍较低尤其是稳定后 温度最低 观察发现 腔容积约为 腔的 倍且 与 腔之间的缝板流通面积为 而 腔与测试段主体相连通的狭缝流通面积仅为 故可能是 腔内速度大且速度变化剧烈导致其腔内所测静温偏低()对比工况 与工况:适当增大分气量对腔内温度变化基本没有影响平衡后同一测点处两种工况下腔内温度相差不超过.()对比工况 与工况:在封严引气压力基本不变的前提下调节相应的油气当爆震室由 升频到 在爆震燃气与封严气共同作用下平衡后腔室内同一测点的温度除 测点相差 其余测点温度变化不超过 造成这一现象的原因可能是封严引气压力偏高可以通过下一步的对照试验进行验证 结论本文通过试验方法研究了爆震波对涡轮盘腔内温度变化的影响 主要得出以下结论:()爆震波对 个腔内温度影响较小不存在燃气大量入侵造成腔内超温影响工作的问题()在脉冲爆震试验中适当增大分气量对腔内温度变化基本没有影响参考文献 张群范玮徐华胜.中国脉冲爆震发动机技术研究现状及分析.航空发动机():./:/./:./:/./:.():.():.作者简介:赵丹()女陕西榆林人硕士工程师研究方向:涡轮传热收稿日期: