压气机三维非定常动态失速过程试验研究

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1、第31卷2010年第11期11月航空学报ACTAAER()NAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．11Nov．2010文章编号：1000—6893(2010)11—2124—06压气机三维非定常动态失速过程试验研究屠宝锋，胡骏(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016)ExperimentalInvestigationonThree-dimensionalUnsteadyStallInceptioninCompressorsTuBaofeng，HUJun(CollegeofEnergyandPower

2、Engineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016。China)摘要：以一台双级低速轴流压气机为研究对象，采用在压气机周向、径向和轴向不同位置处布置多个动态压力传感器的方法，获取f动态失速过程中不同位置动态压力信号的变化情况，对各截面的动态总压信号分别进行了时域，频域和时频分析。研究结果表明：压气机的失速类型是单团全叶高旋转失速；失速团形成前只出现了模态波扰动；模态波式动态失速过程具有三维非定常的特征。模态波扰动和失速团首先在压气机的局部位置形成，然后沿

3、着轴向和径向扩散至其他位置，最终占据各叶排所有叶高位置。关键词：压气机；动态失速；模态波；三维；非定常中图分类号：V231．3文献标识码：AAbstract：Thestallinceptionofa2-stagelow-speedaxialcompressorisinvestigatedwithuniforminletflow．Byinstallinghighresponsedynamicpressuretransducersinthecircumferential，radialandaxialdirections，thedynamicpres

4、suredataatdifferentpositionsarecollectedandanalyzedusingtimeanalysis，frequencyanalysisandtime-frequencyanalysisrespectively．Theresultsshowthatthereisonlyonestallcelloccupyingthefullspanregion，andthatonlymodalwavetypedisturbanceappearsaheadofarotatingstall．Thestallinceptionex

5、hibitsthree-dimensionalandunsteadycharacteristics．Boththemodalwavedisturbanceandthestallcellforminalocalpositionfirstly，whichwillextendtootherregionsintheradialandaxialdirectionssoonaftertheirappearanceandfinallyoccupythewholespanofalltherotorsandstators．Keywords：compressor；

6、stallinception；modalwave；threedimensional；unsteady动态失速过程是指压气机工况点由稳定状态(一般指稳定边界)转变至失速状态的过渡过程，一般分为3个阶段：失速先兆出现一失速先兆发展成失速团一失速团完全发展。研究的最初阶段认为风扇／压气机进入旋转失速是由二维、低频和小幅值的扰动诱发，这种扰动被称为模态波，以20％～50％转子转速沿周向传播[12

7、，波长以压气机的周长为特征尺度，一般在失速前10～100个转子周期时出现。后来，I．J．DayL3J在1993年的试验研究中发现压气机在失速前会出现小尺度的扰

8、动信号，这种扰动信号被称为尖脉冲，是一种三维、高频和大幅值的扰动，波长以栅距为特征尺度。尖脉冲扰动最初以70％～80％的转子旋转速度沿周向传播，当发展成完全失速状态时，其速收稿日期：2009—12—12；修订日期：2010．07—07基金项目：国家“973”计划(2007CB210301)通讯作者：胡骏E—mail：hjape@nuaa．edu．ca度会降到20％～50％转子旋转速度。从尖脉冲扰动出现到失速团形成的时间间隔很短，不会超过5个转子旋转周期。1995年，P．D．Silkowskit41在试验中也证实了这种扰动信号的存在。现在研究人员

9、已经基本上达成了共识，认为压气机动态失速过程主要有3种【5‘10

10、：①纯模态波式，失速团出现之前只出现模态波扰动；②纯尖脉冲式，失速团出现之前只出现尖