学习反力度和预旋.doc

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1、三、压气机平面叶栅基元级的反力度（一）反力度的物理意义前述气流流过压气机基元级时，动叶和静叶都对气流有增压作用，当基元级的增压比确定后，就存在一个基元级总的静压升高在动叶和静叶之间的分配比例问题。如果在动叶中的静压升高所占比重大，那么在静叶中的静压升高所占比重则小，反之亦然。实践表明，基元级的静压升高在动叶和静叶之间的分配情况，对于基元级对气体的加功量和基元级的效率有较大的影响。因为，无论动叶或静叶，静压升高意味着叶片通道中的逆压梯度增大，而过大的逆压梯度将引起该叶片排中的流动产生分离，严重的分离会导致该叶片排失效，动叶失效将使得动叶的加功和增压能力下降，静叶失效将使得静叶

2、的导向和增压能力下降，动叶或静叶中的流动分离都会引起流阻功增加、气体的机械能减少和基元级的效率下降。为了说明基元级中的静压升高在动叶和静叶之间的分配情况而引入了反力度的概念，反力度以表示，定义如下：（3－9）（3－9）式中分母为基元级对气体加入的机械功，即轮缘功。在一般情况下，可以认为基元级出口（即静叶出口）绝对速度的大小和方向都十分接近于基元级进口（即动叶进口）的绝对速度，即。对整个基元级应用能量方程（2－12）式，就有（3－10）（3－10）式表明基元级的轮缘功全部消耗于动叶和静叶中的增压过程及克服流阻。因此，反力度的定义（3－9）式反映了动叶中的静压升高占整个基元级静

3、压升高的百分比的大小，即反映了基元级中的静压升高在动叶和静叶之间的分配情况。如，则大致表明动叶的中静压升高占基元级总的静压升高的百分之六十，静叶中的静压升高占基元级总的静压升高的百分之四十。现代航空发动机压气机基元级的反力度范围一般在0.55～0.70之间。在动叶加功量较大（较大）的情况下，如果反力度过低（<0.3），则气体通过动叶后静压升高不多，表明动叶加给气体的机械能主要是动能，这样动叶出口的速度就会很大，而且方向也偏离轴向很大，如图3－11所示。这样会加大静叶的设计难度，在进口速度很高的情况下静叶中的流动损失也将增加（后面会详细介绍），因此，需要尽量避免反力度过低的现

4、象发生。图3－11过低反力度的速度三角形（二）反力度的计算公式对基元级的动叶应用绝对坐标系和相对坐标系下的机械能形式的能量方程，可得（绝对坐标系下）（相对坐标系下）上述两式相减，可得，所以将一般情况下，条件和轮缘功代入上式，得（3－11）由（3－11）式可见，在加功量确定，即u和确定的情况下，可通过调整基元级进口的预旋速度来改变基元级的反力度，避免出现反力度过大或过小的情况，增加正预旋，可降低反力度，减小正预旋，则反力度增大。（3－11）式表示的反力度可由基元级速度三角形中的速度参数计算出，这种反力度又称为运动反力度。基元级的速度三角形确定后，可以用（3－11）式估算该基元

5、级反力度的大小。基元级的速度三角形分析一台复杂的多级轴流压气机是由多个单级压气机串联组成，而其中的每一个单级压气机又是由很多个基元级沿叶高叠加而成。压气机是通过无数个基元级实现对气体的加功和增压，基元级构成了轴流压气机的基础。设计压气机从设计压气机的基元级开始，而设计基元级又是从确定基元级的气动参数开始，可根据压气机的总体性能要求，如压气机的流量、增压比、效率和压气机几何尺寸等要求，计算并确定出多级压气机中每一个基元级处的气体流动参数和动叶的圆周速度（这一部分内容在有关专业书籍中有介绍），气动参数包括气体的速度（绝对和相对）、静温、总温（绝对和相对）、静压、总压（绝对和相对

6、）和气体的密度等等，有了基元级的气体速度和圆周速度参数后，就得到了基元级的速度三角形。人类经过几十年的实践和经验总结，已认识到速度三角形中的主要参数对压气机基元级的加功、增压和低流阻损失等性能有着重要的影响。以下分别介绍决定基元级速度三角形的四个参数、、和的选取规律以及它们对基元级性能影响的作用。(一)扭速的选取为提高发动机的推重比，希望压气机的尺寸尽量小、级数尽量少，落实到基元级设计上，就要求基元级的加功量要尽可能的大。从加工量公式看，增大扭速可以增大基元级的加功量。但是，扭速提得过高也会带来一些不利的后果，以亚声速基元级为例（图3－8），在不变得情况下，要想增大，就必须

7、加大气流在动叶通道中的偏转角度（）。但是，要使高速气流在扩张形通道中实现大的偏转是很不容易的，偏转角度越大，气流相对速度下降越多，动叶通道中的逆压梯度也就越大，并且叶片表面附面层的发展也非常快。这样，当气流偏转角大到一定地步时，叶背表面的气流就有可能不再贴附壁面流动，即发生如图3－12所示的分离流动。一旦发生流动分离，则动叶的加功和增压能力就会下降，动叶的效率也会下降，压气机的流量也会因此而减小，这些都是不希望发生的。对超、跨声速基元级而言，扭速是靠强烈的激波系获得的（如图3－9所示），虽然超、跨声速基元级的扭速可