设计点双激波系的总体设计思想。实验结果证明，ATS-2的压比达到 2.2，绝热效率为 86.8%，喘振裕度大于 21% 三、 主动控制技术―附面层抽吸 轴流压气机自诞生起，就一直追求着更高的负荷。根据压气机加功原理，增加扭速即增加气流转折角是提高压气机负荷的途径之一，然而，在扩压叶栅中增大气流折转角则意味着附面层的加厚甚至分离，这造成了损失的增加。因此如何在提高负荷水平的同时降低压气机的流动损失，一直是国内外同行追求的目标。早在 1971 年，Loughery等人就研究了压气机叶栅中附面层抽气的影响，得到了抽气能明显改善叶栅气动性能的结论。但直到 1997 年才由Kerrebrock首次给出了附面层抽吸式压气机的概念。并通过理论分析指出：高熵流体每吸除 1%，可以使效率增加 0.5%。1998 年, Kerrebrock等人又提出了附面层抽吸式压气机的设计流程，并进一步指出：在通常情况下，采用附面层抽吸技术的压气机级是常规叶片级加功能力的2倍。这些研究表明，在一定圆周速度下，通过附面层吸气，可以大大提高级的压比，是一种具有广阔发展前景的压气机设计新概念。 3-1 流动控制静叶设计 流动控制静叶设计如图 3-1 所示。其研究得到的结果是：在 1.6%控制流量栅后尾迹分布范围减小，尾迹中心向压力侧移动，尾迹起始点沿轴向后移了约12%轴向弦长；在这一控制流量，总压损失系数减小了约 65%；在 1%控制流量，气流偏转比基准设计增加了约 4.5°，但控制流量的增加并没有带来气流更大的 偏转。由于这些研究组合应用了吸气和吹气，因而不能明确这两种流动控制方 式中哪一种的效果更好，从对研究结果的分析来看，似乎吸气的作用更大且所需的控制流量更小。 近年来，MIT 的研究人员对吸气式压气机进行了大量的研究，他们已经把 吸气作为获得高作功能力压气机级的基本方法。1997 年，MIT 的研究小组利用 准三维粘性和三维欧拉计算程序设计了叶尖切线速度分别为 700ft/s、1000ft/s 和 1500ft/s 的三个风扇级。通过附面层吸气，结果每个级的级压比分别达到 1.5、2.0 和 3.0，级效率分别为 0.94、0.92 和 0.87，同时做功量提高了一倍。1997 年，Reijnen在其博士论文中描述了在跨音速压气机级中利用边界层控制技术的实验研究结果。其结果表明，吸气导致边界层变薄，这有利于增加流动转角，得到更高的静压比。并且他还在动叶上观察到了旋转失速的延迟现象。到 1999 年，Merchant开发了MISES程序中的吸气模型（此模型假定吸气槽开在叶片表面），并且在一系列低速和跨音速叶栅上进行了吸气模型预测结果和实验数据的对比。2000 年，Schuler等人利用基于MISES的准三维程序设计分析了在设计和非设计工况下叶尖马赫数为0.7、压比为1.6的风扇级，并且通过实验论证了在低速叶片表面和端壁吸气的可行性。到 2001 年，Schuler成功进行了整个吸气级的实验，即在动静叶上都采取吸气。实验结果和设计目的非常一致，750ft/s的叶尖速达到了 1.59 的压比，预测的绝热效率达到了 89％。
上述研究结果表明在压气机叶栅中抽吸附面层能够增加叶片对气流的转折能力，提高压比和喘振裕度。在跨音和超音情况下，当抽吸附面层流体的位置恰好在压力迅速增加的区域之前，或在激波作用区域以及通常情况下位于叶片吸力面压力迅速升高的位置，能够获得压气机扩压能力的本质提高并进而在给定叶片速度的前提下提高每级的做功能力。此外，McCabe研究了抽吸对发动机效率的影响。Hathaway通过假定吸气和吹气能缓和端部气动阻塞趋势，然后结合最好的吸气和吹气结构提出了自循环叶顶处理概念。他研究了叶栅顶部失速的流动机理以及循环叶顶处理方法。研究结果表明，对高速跨音速动叶应用此方法能明显增加失速裕度而不减少效率。国内的研究人员也对附面层吸气技术作了一些研究和应用。1980 年，徐大懋院士首次提出了压气机叶片弦向割缝的思想，目的是要增加附面层内气体的动能，即使在气流流经叶片前后的转折角很大的情况下也能控制或延缓附面层内的分离。此后，鲁嘉华对这种技术进行了理论和实验研究，提出了在高负荷轴流式压气机弦向缝隙叶栅中确定弦向缝隙位置的数学模型，给出了弦向缝隙叶栅流场计算的方法，并通过风洞吹风实验论证了弦向缝隙叶栅的
良好气动特性。1988 年，陈矛章院士利用叶盆开槽技术控制了压气机叶栅附面层的流动，减少了叶栅损失，取得了良好的效果。1998 年，王新军等人对开有抽吸缝的平板叶片在不同抽吸条件下的流场进行了数值模拟，研究了叶片上的边界层和抽吸缝附近流场的流动特性，分析了抽吸缝进口处的压力与空心叶片内部压力的压差、缝隙宽度、缝隙与静叶表面的夹角以及气流速度对流场和边界层厚度的影响。从 2004 年起，哈尔滨工业大学的课题组也陆续展开了亚音速平面叶栅的抽吸实验，并将附面层抽吸和弯掠三维优化设计结合起来，提出了适合于大转角高负荷压气机叶栅的附面层混合控制方法
四、 结束语
在压气机流动分离的控制方面，到目前为止很多实验和数值研究都表明了弯掠叶片对端壁角区的分离有着较为有效的控制作用。但由于各学者所采用的叶型不同，工况条件也不一样，因此得到的结果并不完全统一，在有些方面甚至出现了相互矛盾的结论，使得人们对弯掠叶片的作用机理认识不够全面，从而为设计增添了不定因素。而且，人们在研究弯掠叶片时，更多的是着眼于弯掠叶片的作用结果，即主要研究弯掠对损失、负荷以及失速裕度等“结果性”参数的影响，对流场细节如压力、速度以及附面层特征等“原因性”参数的探讨略显不足，而流场细节的变化才是导致叶栅性能变化的根本原因。因此我们说王仲奇教授基于叶栅表面静压分布提出的附面层迁移理论是第一次真正意义上阐述了弯叶片的作用机理。这一理论在解释涡轮弯叶栅和转角不太大，分离不严重的压气机弯叶栅都获得了重大成功。我们知道，附面层不仅具有迁移的性质，还可以以不同的形式发生分离，而不同的分离形态造成的掺混损失也有显著差别。相应的，弯掠叶片在不同分离形态下的作用机理需要进一步讨论。
最近十年来，通过抽吸附面层控制分离逐渐成为大转角、高负荷压气机设计的一个热点。这种方法通过在分离位置直接对附面层进行少量抽吸达到显著提高叶栅负荷水平的目的，是一种具有广阔发展前景的压气机设计新概念。但从已发表的文献看，主要都是通过选择在叶片上某些位置进行附面层抽吸来遏止吸力面的分离，而专门讨论端壁抽吸影响的研究尚不多见。另一方面，到目前为止，附面层抽吸对流场结构，尤其是在大折转角下对分离性态的影响还缺乏具体的研究，致使至今对附面层抽吸的气动机理认识不够，只能通过大量试验来寻求最佳吸气
位置和吸气量，造成很大的浪费。
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