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發(fā)動機及其部件的試驗研究

發(fā)布日期：2016-03-23 　發(fā)布者：會員 　PV：1145 　字體：大 中 小

伴隨現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)診斷方法在發(fā)動機及其部件的試驗研究中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這些技術(shù)可以實現(xiàn)發(fā)動機內(nèi)氣體速度溫度壓力組份和濃度以及燃油液霧的空間分布和兩相流場的測量，為發(fā)動機部件的調(diào)試以及驗證改進數(shù)值計算程序提供充足的數(shù)據(jù)。

　　在隨后的幾年，由于光學(xué)電子計算機硬件和軟件的進步，最主要的是需求的增加，促使應(yīng)用激光速度儀研究渦輪機械流場獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量持續(xù)提高。通過對渦輪和壓氣機轉(zhuǎn)子和靜子葉柵以及燃燒室的大量研究，對于加深了解渦輪機械和燃燒室內(nèi)部的流動大有好處。由于需要將激光射人機械內(nèi)部的測量區(qū)域，三維在渦輪機械測試中曾受到一定的限制。

　　隨著三維流動數(shù)據(jù)需要的日益增長，已經(jīng)大大加強了三維系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，并取得了相當(dāng)大的進展。激光多普勒速度儀有許多光學(xué)配置可以用來測量三維速度分量。目前，三維是用三色激光產(chǎn)生三維測量區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的，例如氫離子激光器。這種系統(tǒng)測量徑向速度分量的準確性直接和徑向偏角有關(guān)。為了使測量誤差減小，建議調(diào)整系統(tǒng)布置的方向與流動矢量一致。這樣的三維刀系統(tǒng)已成功應(yīng)用到不同的渦輪機械測試中。激光進人測量區(qū)時通常采用平面窗。由于渦輪機械的殼體是曲面的，平面窗不能和殼體外形相符，以至引起流動的局部畸變，因此，觀察窗周向尺寸受到限制。

　　實踐證明系統(tǒng)對于光線的扭曲像系統(tǒng)一樣并不敏感，因為它們的光線在探測區(qū)域中并沒有被極度精確地聚焦。系統(tǒng)能容忍足夠薄的曲面玻璃產(chǎn)生微小的光線扭曲。

　　研究中心已用對渦輪部件內(nèi)的流場進行了詳細的三維測量，目的是為開式離心壓氣機與渦輪的一次流和二次流日期一年航空發(fā)動機第期的發(fā)展提供詳細的實驗數(shù)據(jù)。在年發(fā)展了一種相當(dāng)復(fù)雜的三維系統(tǒng)，它和二維系統(tǒng)有著同樣的激光進人測量區(qū)域的方式，在渦輪機械形成的流場中應(yīng)用更廣泛。它應(yīng)用一個標準的條紋配置，并用能發(fā)出熒光的懸浮顆粒示蹤，測量軸向和周向的速度分量。徑向分量是用共焦點一干涉儀掃描，直接分析粒子產(chǎn)生的散射光的多譜勒頻移得到的。兩種配置組合成光學(xué)系統(tǒng)，同時運行。該方法已成功應(yīng)用于渦輪環(huán)形靜子葉片的測量。但由于它的復(fù)雜性穩(wěn)定性的限制以及需要較長的數(shù)據(jù)采集時間，還不能應(yīng)用到轉(zhuǎn)子葉片的流場測量，在渦輪機械流場的研究中并沒有占據(jù)很重要的地位。在燃燒室的研究中也發(fā)揮了巨大作用，已經(jīng)完成了許多有意義的測量。

　　由于在非反應(yīng)流中激光進入測量區(qū)域比較容易，所以大多數(shù)測量都在非反應(yīng)流中完成，得到的測量結(jié)果也比較準確。在反應(yīng)流中的應(yīng)用情況很復(fù)雜，主要是由于組分粒子折射系數(shù)的不同，使激光變得不均勻，探測體積扭曲，從而影響測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量。即使這樣，用測量簡化的燃燒室和實際的扇形燃燒室火焰也已獲得成功，但實驗不是在低壓條件下就是在小尺寸的實驗設(shè)備上進行的。

　　建立起可以進行和三維測量的設(shè)備，試驗溫度達壓力空氣質(zhì)量流量當(dāng)壓力達到時，由于折射系數(shù)的波動，測量嚴重失真。激光二焦速度儀標準的是二維測量裝置，它在和光軸垂直的平面上測量速度分量的方向和大小。當(dāng)標準的系統(tǒng)沿光軸不同方向在流場中逐點連續(xù)測量時，也可以測量三維分量。由于的固有特性，它主要應(yīng)用在大流量高速度的渦輪機械測量中，例如壓氣機和渦輪。在這樣的條件下，只有以極小固焦角運行的硯系統(tǒng)才可以用作三維速度測量。通常的系統(tǒng)由兩個獨立的二維系統(tǒng)組合而成。

　　目前市場上出售的和歐洲的研究機構(gòu)使用的都是這種系統(tǒng)。最新發(fā)展的三維系統(tǒng)已應(yīng)用于分析轉(zhuǎn)子葉片相互作用形成的非穩(wěn)態(tài)流動。它能測量到激波的位置和三維流動特性。新發(fā)展的系統(tǒng)把二維測量和散射光的頻率分析結(jié)合起來，測量到的頻移代表了光頭光軸方向的速度分量。在大多數(shù)渦輪機械試驗室已建立了系統(tǒng)，用于壓氣機和渦輪流場的測量。對于燃燒試驗的流場，由于擾動強度大，超過了抗擾動測量的能力，因此該系統(tǒng)不能應(yīng)用。

　　相干反斯托克斯拉曼波譜法是一種很好的測量溫度的方法。探測區(qū)的產(chǎn)生和相類似，都是通過疊加兩束或更多不同頻率光束產(chǎn)生相干的信號。實際的系統(tǒng)通常用雙倍頻率的激光器，以的脈沖重復(fù)運行。系統(tǒng)的應(yīng)用遇到了和同樣的問題，即激光怎樣進人測量區(qū)域，也遇到了不適應(yīng)煙灰粒子密度大和折射系統(tǒng)變化大的難題，因而限制了在高壓條件下運行的燃氣渦輪燃燒設(shè)備中的應(yīng)用。

　　在測量中，數(shù)據(jù)量大幅減少，在混合強度很高的臨界位置甚至測量不到數(shù)據(jù)，這表明已接近月又測量的極限。葬滾熱發(fā)履恢其祝測量幾乎所有的區(qū)域，甚至最復(fù)雜的試驗設(shè)備內(nèi)。除了對在高壓條件下運行的燃燒室由于激光扭曲不能測量外，這些測量技術(shù)提供的數(shù)據(jù)用來驗證計算程序的有效性是足夠的。但應(yīng)用這些技術(shù)進行測量所需的時間和費用都很高。數(shù)字粒子圖象測速儀數(shù)字粒子圖象測速儀是一種強有力的測量裝置，在廣泛的應(yīng)用研究領(lǐng)域可以作為激光多譜勒測速儀的替代和補充?？梢栽跍u輪機械形成的復(fù)雜流場中獲得瞬態(tài)平面測量結(jié)果，使之成為頗具吸引力的技術(shù)。在應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生的流場中也會遇到與同樣的問題。