一种航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法与流程

1.本技术属于航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法领域，具体涉及一种航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法。


背景技术：

2.航空发动机低压涡轮导向器的流量函数试验，需要测量低压涡轮导叶进口总压。
3.航空发动机低压涡轮中，考虑到导叶进口一般为非轴向进气，为了提供导叶的进口气流角在导叶之前增设整流叶片，导叶进口总压测量截面位于整流叶片、导叶之间。
4.当前，进行航空发动机低压涡轮导向器的流量函数试验时，多是通过在导叶进口总压测量截面处布置多支多点梳状总压管，测量低压涡轮导叶进口总压，然而，多点梳状总压管会对导叶进口流场产生明显干扰，影响低压涡轮导向器流量函数试验的准确性，在导叶进口马赫数较大时，该种问题尤其突出。
5.鉴于上述技术缺陷的存在提出本技术。
6.需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本技术的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本技术的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

7.本技术的目的是提供一种航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
8.本技术的技术方案是：
9.一种航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，包括：
10.构建低压涡轮cfd模型，计算整流叶片的设计出口等熵马赫数状态下，导叶进口总压测量截面周向平均气流角的径向分布；
11.在低压涡轮整流叶片进口总压测量截面，布置多点梳状总压管，用以测量整流叶片进口总压p
0t
；
12.在低压涡轮导叶进口总压测量截面，布置多点圆弧状总压耙，多点圆弧状总压耙的探头对准周向平均气流角，用以测量导叶进口总压p
1t
，以及在导叶进口内外壁打孔测量导叶进口内外壁静压p
1s
；
13.对低压涡轮进行多个整流叶片出口等熵马赫数状态下的吹风试验，其中，整流叶片出口等熵马赫数m1，以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
计算得到，并以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口总压p
1t
计算得到整流叶片对应于各个出口等熵马赫数m1的总压恢复系数σ；
14.将各个整流叶片出口等熵马赫数m1与整流叶片的总压恢复系数σ进行多项式曲线拟合，得到整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式；
15.将低压涡轮导叶进口总压测量截面处的多点圆弧状总压耙拆除，通过测量整流叶
片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
，计算得到相应的整流叶片出口等熵马赫数m1，根据整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式，得到相应的整流叶片的总压恢复系数σ，进而利用整流叶片进口总压p
0t
、整流叶片的总压恢复系数σ计算得到相应的导叶进口总压p
1t
。
16.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法中，低压涡轮整流叶片进口总压测量截面距离整流叶片前缘1.5b，其中，b为整流叶片叶中弦长；
17.低压涡轮导叶进口总压测量截面距离整流叶片尾缘0.7bsinβ
2k
，其中，β
2k
为整流叶片叶中出口构造角。
18.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法中，整流叶片出口等熵马赫数m1，以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
计算得到，具体为：
[0019][0020]
其中，
[0021]
k为等熵指数。
[0022]
根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法中，以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口总压p
1t
计算得到整流叶片对应于各个出口等熵马赫数m1的总压恢复系数σ，具体为：
[0023]
σ＝p
1t
/p
0t
。
[0024]
根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法中，利用整流叶片进口总压p
0t
、整流叶片的总压恢复系数σ计算得到相应的导叶进口总压p
1t
，具体为：
[0025]
p
1t
＝p
0t
·
σ。
[0026]
本技术至少存在以下有益技术效果：
[0027]
提供一种航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，应用于航空发动机低压涡轮导向器的流量函数试验时，将低压涡轮导叶进口总压测量截面处的多点圆弧状总压耙拆除，通过测量整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
，得到相应的整流叶片出口等熵马赫数m1，根据整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式，得到相应的整流叶片的总压恢复系数
→
，进而利用整流叶片进口总压p
0t
、整流叶片的总压恢复系数σ计算得到相应的导叶进口总压p
1t
，在低压涡轮导叶进口总压测量截面处不存在干扰，可保证低压涡轮导向器流量函数试验的准确性。
附图说明
[0028]
图1是本技术实施例提供的航空发动机低压涡轮中整流叶片进口总压测量截面、导叶进口总压测量截面的示意图；
[0029]
图2是本技术实施例提供的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量截面周向平均气流角的径向分布示意图；
[0030]
图3是本技术实施例提供的多点圆弧状总压耙的结构示意图；
[0031]
图4是本技术实施例提供的整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系曲线的示意图。
[0032]
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，此外，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本技术的限制。
具体实施方式
[0033]
为使本技术的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本技术的部分实施例，其仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
[0034]
此外，除非另有定义，本技术描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本技术描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本技术的限制。本技术描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本技术描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本技术描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0035]
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本技术的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本技术中的具体含义。
[0036]
下面结合附图1至图4对本技术做进一步详细说明。
[0037]
一种航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，包括：
[0038]
步骤一、构建低压涡轮cfd模型，计算整流叶片的设计出口等熵马赫数状态下，导叶进口总压测量截面周向平均气流角的径向分布。
[0039]
步骤二、在低压涡轮整流叶片进口总压测量截面，布置多点梳状总压管，用以测量整流叶片进口总压p
0t
。
[0040]
低压涡轮整流叶片进口总压测量截面距离整流叶片前缘1.5b，其中，b为整流叶片叶中弦长，参见图1中0-0截面。
[0041]
用多点梳状总压管测量测量整流叶片进口总压p
0t
，周向均布且不少于4支。
[0042]
多点梳状总压管在整流叶片进口总压测量截面的径向布置采用等环面积法，在通道高度为20～30mm时，取3点，在通道高度为30～50mm，取3～5点，在通道高度为50～100mm，
取5～7点，在通道高度为100～150mm时，取7～9点。
[0043]
步骤三、在低压涡轮导叶进口总压测量截面，布置多点圆弧状总压耙，多点圆弧状总压耙的探头对准周向平均气流角，用以测量导叶进口总压p
1t
，以及在导叶进口内外壁打孔测量导叶进口内外壁静压p
1s
。
[0044]
低压涡轮导叶进口总压测量截面距离整流叶片尾缘0.7bsinβ
2k
，其中，β
2k
为整流叶片叶中出口构造角，参见图1中1-1截面。
[0045]
用多点圆弧状总压耙测量导叶进口总压p
1t
，多点圆弧状总压耙测点的径向布置采用等环面积法，在通道高度为20～30mm时，多点圆弧状总压耙数量取3支，在通道高度为30～50mm时，多点圆弧状总压耙数量取3～5支，在通道高度为50～100mm时，多点圆弧状总压耙数量取5～7支，在通道高度为100～150mm时，多点圆弧状总压耙数量取7～9支，每支多点圆弧状总压耙测点数不少于5点，周向涵盖圆心角范围为360/n，其中，n为整流叶片数量，测点周向均布，相邻两测点的圆心角范围不大于1
°
，探头方向对准导叶进口总压测量截面相应高度处周向平均气流角。
[0046]
在导叶进口内外壁打孔测量测量内外壁静压p
1s
，内外壁静压测点应考虑周向分布及整流叶片后的尾迹区与主流区，各不少于8点。
[0047]
步骤四、对低压涡轮进行多个整流叶片出口等熵马赫数状态下的吹风试验。
[0048]
吹风试验中，整流叶片出口等熵马赫数，在整流叶片出口等熵马赫数范围内均匀选取，至少选取8点，包括最大、最小出口等熵马赫数。
[0049]
整流叶片出口等熵马赫数m1，以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
计算得到：
[0050][0051]
其中，
[0052]
k为等熵指数。
[0053]
以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口总压p
1t
计算得到整流叶片对应于各个出口等熵马赫数m1的总压恢复系数σ：
[0054]
σ＝p
1t
/p
0t
。
[0055]
步骤五、将各个整流叶片出口等熵马赫数m1与整流叶片的总压恢复系数σ进行多项式曲线拟合，得到整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式，具体可采用最小二乘法进行拟合。
[0056]
步骤六、将低压涡轮导叶进口总压测量截面处的多点圆弧状总压耙拆除，通过测量整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
，计算得到相应的整流叶片出口等熵马赫数m1，根据整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式，得到相应的整流叶片的总压恢复系数σ，进而利用整流叶片进口总压p
0t
、整流叶片的总压恢复系数σ计算得到相应的导叶进口总压p
1t
：
[0057]
p
1t
＝p
0t
·
σ。
[0058]
在一个具体的实施例中，航空发动机低压涡轮整流叶片数为85片，导叶数为16片，整流叶片进口、导叶进口通道高度为82.5mm，整流叶片叶中弦长44.93mm，整流叶片叶中出
口构造角为54.1
°
，整流叶片出口等熵马赫数m1范围为0.29～0.50，设计出口等熵马赫数为0.44，对于导叶进口总压测量方法，过程如下：
[0059]
a)构建低压涡轮cfd模型，计算整流叶片的设计出口等熵马赫数0.44状态下，导叶进口总压测量截面周向平均气流角的径向分布，结果如图2所示。
[0060]
b)在低压涡轮整流叶片进口总压测量截面，布置多点梳状总压管，用以测量整流叶片进口总压p
0t
。
[0061]
低压涡轮整流叶片进口总压测量截面距离整流叶片前缘为1.5*44.93＝67.40mm。
[0062]
用多点梳状总压管测量测量整流叶片进口总压p
0t
，周向均布4支。
[0063]
多点梳状总压管在整流叶片进口总压测量截面的径向布置采用等环面积法，测点数量为6。
[0064]
c)在低压涡轮导叶进口总压测量截面，布置多点圆弧状总压耙，多点圆弧状总压耙的探头对准周向平均气流角，用以测量导叶进口总压p
1t
，以及在导叶进口内外壁上打孔测量内外壁静压p
1s
。
[0065]
低压涡轮导叶进口总压测量截面距离整流叶片尾缘为0.7*44.93*sin54.1
°
＝25.48mm。
[0066]
用多点圆弧状总压耙测量导叶进口总压p
1t
，多点圆弧状总压耙数量为6支，每支多点圆弧状总压耙测点数为7点，周向涵盖圆心角范围为360/85＝4.2
°
，测点周向均布，相邻两测点的圆心角为0.6
°
，多点圆弧状总压耙探头方向对准导叶进口总压测量截面相应高度处的周向平均气流角。
[0067]
在导叶进口内外壁打孔测量测量内外壁静压p
1s
，内外壁静压测点考虑周向分布及整流叶片后的尾迹区与主流区，各为8点。
[0068]
多点圆弧状总压耙结构如图3所示。
[0069]
d)对低压涡轮进行多个整流叶片出口等熵马赫数状态下的吹风试验。
[0070]
吹风试验中，整流叶片出口等熵马赫数，，在0.29～0.50范围内均匀选取8点，分别为0.29、0.32、0.35、0.38、0.41、0.44、0.47、0.50。
[0071]
整流叶片出口等熵马赫数m1，以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
计算得到：
[0072][0073]
其中，
[0074]
k为等熵指数。
[0075]
以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口总压p
1t
计算得到整流叶片对应于各个出口等熵马赫数m1的总压恢复系数σ：
[0076]
σ＝p
1t
/p
0t
。
[0077]
e)采用最小二乘法，将各个整流叶片出口等熵马赫数m1与整流叶片的总压恢复系数σ进行多项式曲线拟合，得到整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式：
[0078]
σ＝-4.9683
·m14
+7.2636
·m13-4.0306
·m12
+0.9576
·
m1+0.9138；
[0079]
整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系曲线如图4所示。
[0080]
f)将低压涡轮导叶进口总压测量截面处的多点圆弧状总压耙拆除，通过测量整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
，计算得到相应的整流叶片出口等熵马赫数m1，根据整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式，得到相应的整流叶片的总压恢复系数σ，进而利用整流叶片进口总压p
0t
、整流叶片的总压恢复系数σ计算得到相应的导叶进口总压p
1t
：
[0081]
p
1t
＝p
0t
·
σ。
[0082]
对于上述实施例公开的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，应用于航空发动机低压涡轮导向器的流量函数试验时，将低压涡轮导叶进口总压测量截面处的多点圆弧状总压耙拆除，通过测量整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
，计算得到相应的整流叶片出口等熵马赫数m1，根据整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式，得到相应的整流叶片的总压恢复系数σ，进而利用整流叶片进口总压p
0t
、整流叶片的总压恢复系数σ计算得到相应的导叶进口总压p
1t
，在低压涡轮导叶进口总压测量截面处不存在干扰，可保证低压涡轮导向器流量函数试验的准确性。
[0083]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，其特征在于，包括：构建低压涡轮cfd模型，计算整流叶片的设计出口等熵马赫数状态下，导叶进口总压测量截面周向平均气流角的径向分布；在低压涡轮整流叶片进口总压测量截面，布置多点梳状总压管，用以测量整流叶片进口总压p
0t
；在低压涡轮导叶进口总压测量截面，布置多点圆弧状总压耙，多点圆弧状总压耙的探头对准周向平均气流角，用以测量导叶进口总压p
1t
，以及在导叶进口内外壁打孔测量导叶进口内外壁静压p
1s
；对低压涡轮进行多个整流叶片出口等熵马赫数状态下的吹风试验，其中，整流叶片出口等熵马赫数m1，以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
计算得到，并以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口总压p
1t
计算得到整流叶片对应于各个出口等熵马赫数m1的总压恢复系数σ；将各个整流叶片出口等熵马赫数m1与整流叶片的总压恢复系数σ进行多项式曲线拟合，得到整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式；将低压涡轮导叶进口总压测量截面处的多点圆弧状总压耙拆除，通过测量整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
，计算得到相应的整流叶片出口等熵马赫数m1，根据整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式，得到相应的整流叶片的总压恢复系数σ，进而利用整流叶片进口总压p
0t
、整流叶片的总压恢复系数σ计算得到相应的导叶进口总压p
1t
。2.根据权利要求1所述的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，其特征在于，低压涡轮整流叶片进口总压测量截面距离整流叶片前缘1.5b，其中，b为整流叶片叶中弦长；低压涡轮导叶进口总压测量截面距离整流叶片尾缘0.7bsinβ
2k
，其中，β
2k
为整流叶片叶中出口构造角。3.根据权利要求1所述的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，其特征在于，整流叶片出口等熵马赫数m1，以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口内外壁静压p
1s
计算得到，具体为：其中，k为等熵指数。4.根据权利要求1所述的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，其特征在于，以整流叶片进口总压p
0t
、导叶进口总压p
1t
计算得到整流叶片对应于各个出口等熵马赫数m1的总压恢复系数σ，具体为：σ＝p
1t
/p
0t
。5.根据权利要求1所述的航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，其特征在于，利用整流叶片进口总压p
0t
、整流叶片的总压恢复系数σ计算得到相应的导叶进口总压p
1t
，具体为：
p
1t
＝p
0t
·
σ。

技术总结
本申请提供一种航空发动机低压涡轮导叶进口总压测量方法，应用于航空发动机低压涡轮导向器的流量函数试验时，将低压涡轮导叶进口总压测量截面处的多点圆弧状总压耙拆除，通过测量整流叶片进口总压、导叶进口内外壁静压计算得到相应的整流叶片出口等熵马赫数，根据整流叶片出口等熵马赫数与总压恢复系数的拟合关系式，得到相应的整流叶片的总压恢复系数，进而利用整流叶片进口总压、整流叶片的总压恢复系数计算得到相应的导叶进口总压，在低压涡轮导叶进口总压测量截面处不存在干扰，可保证低压涡轮导向器流量函数试验的准确性。低压涡轮导向器流量函数试验的准确性。低压涡轮导向器流量函数试验的准确性。


技术研发人员：刘建明 杨明绥 陈强 马磊 孙杰森 杜秉锴
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/9/23