【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】多級無導(dǎo)葉對轉(zhuǎn)渦輪是本課題組自主原創(chuàng)提出的適用于航空發(fā)動機(jī)的新型氣動布局渦輪。該渦輪取消了全部導(dǎo)向葉片，4排展向全超音動葉實現(xiàn)了總膨脹比10，效率達(dá)到92%，葉片排數(shù)相比常規(guī)渦輪減少50%，能夠明顯降低渦輪軸向長度和重量，是提高航空發(fā)動機(jī)推重比及降低耗油率的一種可行途徑。多級無導(dǎo)葉對轉(zhuǎn)渦輪的第一級動葉因沒有導(dǎo)葉提供預(yù)旋，具有安裝角較大、吸力面無遮蓋段長的特點(diǎn)。第一級動葉的吸力面長無遮蓋段與相鄰葉片尾跡形成縮擴(kuò)型流道，在第一級動葉吸力面近尾緣處已有外伸激波的基礎(chǔ)上形成了尾跡流道激波，在第一級動葉尾緣外伸激波及內(nèi)伸激波反射波基礎(chǔ)上，新的尾跡流道激波同步作用于下游轉(zhuǎn)子，顯著改變下游轉(zhuǎn)子葉表的壓力脈動幅值及動應(yīng)力水平，容易誘發(fā)下游轉(zhuǎn)子葉片的疲勞失效問題。
 

　　基于上述研究背景，工程熱物理研究所先進(jìn)推進(jìn)動力團(tuán)隊采用非定常數(shù)值模擬及瞬態(tài)流固耦合方法，對級間干涉對動葉葉表壓力脈動特性、動應(yīng)力及壽命的作用機(jī)制開展了研究工作。研究表明尾跡流道激波、內(nèi)伸激波反射波單獨(dú)作用于葉表時，由于受到尾跡干涉作用，激波強(qiáng)度減弱，對載荷的影響與外伸激波存在差距。兩道激波共同作用產(chǎn)生的壓力脈動峰值則達(dá)到同位置外伸激波的81.2%，對葉片載荷的影響僅次于外伸激波。
 

　　針對壓力脈動特性，內(nèi)伸激波反射波與尾跡流道激波的壓力脈動峰值和與外伸激波在折轉(zhuǎn)處引起的壓力脈動峰值相近，兩者都是前緣主要的激勵源且彼此作用時間相差1/2的上游葉片掃掠周期，因此在R2葉表氣動激勵以兩倍的上游葉片掃掠頻率為主。
 

　　研究發(fā)現(xiàn)尾跡/激波轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)級間非定常干涉引起葉片載荷劇烈變化，高頻高強(qiáng)度的載荷波動導(dǎo)致葉片動應(yīng)力的增大，疲勞壽命縮減。這系列研究工作針對多級無導(dǎo)葉對轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)級間干涉對下游葉片氣動載荷的影響進(jìn)行研究，明晰多道激波/尾跡對下游轉(zhuǎn)子的氣動激勵機(jī)制，對葉片的安全工作具有重要的意義。
 

　　本研究獲得國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(52336002)；國家科技重大專項(J2019-III-0011-0031)資助。相關(guān)研究成果已以封面文章形式發(fā)表于《航空學(xué)報》。
 

圖1  尾跡流道圖
 

圖2  第二級動葉表面壓力脈動時空圖
 

圖3  R2葉表壓力頻譜分析
 

圖4  動靜應(yīng)力對比