为了探究变冲角时压力面小翼对高亚声速扩压叶栅气动特性的影响,采用数值模拟软件ANSYS CFX对不同来流冲角下(0°,±3°,±6°)原型叶栅及加装了不同宽度压力面小翼的改型叶栅进行了数值计算。结果表明:不同冲角下压力面小翼都可以削弱泄漏涡的强度,改善叶顶间隙流动,降低叶栅流动损失。不同冲角时具有不同的最佳小翼方案,PW1.5方案在+6°冲角下性能提高最大,与同冲角下的原型叶栅相比,PW1.5方案的总压损失降低了14.4%。

为研究压气机叶栅吹吸气体对附面层分离控制和气动性能的影响,利用数值计算的方法对叶栅流场进行模拟。首先研究吸气量对叶栅气动性能的影响规律,研究结果表明,当吸气孔的位置在距离叶片前缘60%的轴向弦长处时,存在一个最佳吸气量,当吸气量等于进气量的0.8%时,叶栅吸气对附面层分离的抑制效果最佳,对压比的提升最明显。提出四种叶栅开孔吹吸气方案,即吸附式叶栅、吸吹式叶栅、吹吸式叶栅和双吸式叶栅,通过流场和气动性能的对比,发现双吸式叶栅对附面层分离的抑制效果和对气动性的改善效果均最为显著。

为了对比某压气机原始叶型及其改型后的短弦叶型的气动性能,基于某高亚声速叶栅风洞对原型和改型叶型开展了平面叶栅吹风试验。试验前对不带叶栅和带叶栅试验件下试验段进口均匀性和出口周期性进行检查,确定满足试验要求的测量通道。通过吹风试验测量并分析原型叶栅和改型叶栅的出口总压、出口气流角以及叶片表面等熵马赫数分布。结果表明相对于原始叶型,弦长缩短后叶型吸力面型线曲率变化增大,峰值马赫数后的气流逆压梯度较大,因此附面层内的气流分离损失更大;设计马赫数0.6时,短弦叶栅的低损失攻角范围比原型叶栅减小了约3°,改型叶栅和原型叶栅均表现出较好的负攻角特性;设计攻角下(i=0°),进口马赫数从0.4增大至0.7时,两套叶栅出口尾迹的深度逐渐增大,但尾迹宽度基本不变;达到或者超过临界马赫数0.8之后,原型和改型叶栅的尾迹宽度

为了解空气湿度变化对高负荷跨声速压气机叶栅气动性能的影响,采用吹风试验和数值模拟相结合的方法,开展了空气湿度对跨声速叶栅性能影响研究。结果表明:空气湿度对叶栅气动性能的影响程度与叶栅自身的工作状态有关,在高进口马赫数和大攻角工作条件下,空气湿度会弱化叶栅的增压能力,增大流动损失。空气湿度对跨声速叶栅气动性能的影响与湿空气中的非平衡凝结相变现象有关,湿空气凝结放热会对流场产生加热作用,从而引发额外的压力损失,且影响区域主要集中在成核率较高的叶栅通道内。

应用PIV内流测试技术对某高亚音速叶栅速度场进行了测量，得到了叶栅内流通道的流场结构。试验得到了多种来流工况下试验叶栅槽道50％叶高处的速度流场结构图像，对试验数据的初步分析可以看出试验结果符合所测工况下的流动规律。通过对实验方案的改进，应用PIV测试技术测量了平面叶栅附面层流场，捕捉到了叶片吸力面尾缘附面层分离随来流工况变化，。结果表明：PIV测量结果可以为验证数值模拟叶栅通道流场提供可靠的数据，并为叶栅设计的改进优化提供指导和依据。