基本介紹
- 中文名：端壁翼刀
- 外文名：endwall fence
- 定義：安裝在發動機葉柵端壁上的翼刀
- 發展技術：翼刀控制技術
- 作用：控制二次流的發展
- 一級學科：航空科技
翼刀控制技術,影響,
翼刀控制技術
翼刀控制技術是附面層控制技術的一種，通過在葉柵端壁上安裝翼刀來抑制馬蹄渦的壓力面分支與通道渦的匯合以及端壁附面層的捲起從而控制二次流的發展。早在二十世紀七十年代，PrumPer就曾表明在軸流汽輪機葉柵端壁加裝附面層翼刀可能降低損失。八十年代，Tatsu. KAwAI和shujis HINoKI等人曾在汽輪機葉柵中使用端壁翼刀來控制二次流，在尋求翼刀最佳尺寸和最佳位置以及端壁翼刀和吸力面翼刀的最佳組合方面做出了不懈的努力，發現翼刀抑制了馬蹄渦的壓力面分支從而削弱了二次流,具有最小臨界高度的翼刀為最佳翼刀,端壁翼刀使二次流損失降低了22%。隨後有關學者又研究了流向翼刀、橫向翼刀以及吸力面/端壁組合翼刀等控制二次流的機理，得到了一些有益的結論。在國內，這方面的研究還比較少，哈爾濱工業大學的鐘兢軍教授和劉艷明博士以及田夫博士[1]在壓氣機中使用翼刀來控制二次流方面進行了大量的數值和實驗研究工作，並取得了很多有益的成果。由於翼刀自身參數以及側面形狀變換、順序排列的靈活性，從長遠來看，翼刀技術的研究前景相當可觀。雖然翼刀能控制並減少亞音速壓氣機平面葉柵中的二次流損失，翼刀是否適合跨音速壓氣機葉柵，翼刀是否適合實際壓氣機葉柵，還有大量的工作需要開展。
國外端壁翼刀技術
端壁翼刀技術是在端壁上安裝一片或幾片翼刀,從而控制二次流的方法。在端壁不同周向位置安裝翼刀，無疑不同程度地阻斷了從壓力面至吸力面的橫向流動，從而對葉柵端壁附近的流動情況產生較大的影響，同時還有新的渦系產生。另外，翼刀高度不同，阻斷能力也不同，因此合理選擇端壁翼刀最佳位置和最佳高度一直是諸多研究者研究的重點。
八十年代末期，Kawai等人對具有端壁翼刀的汽輪機葉柵做了詳細的實驗研究。Kawai在實驗分析中發現了翼刀上方反向渦量的存在，這裡所說的“反向”,就是跟通道渦方向相反。YoungJ.Moon和sung-RyongKoh曾對反向翼刀渦的產生作了解釋，提到反向翼刀渦的形成與馬蹄渦和翼刀之間的複雜相互作用息息相關，也就是說馬蹄渦壓力面分支持續抬升至翼刀邊緣,從而在翼刀上方偏向吸力面側誘導出翼刀渦,其旋向與通道渦方向相反。因此，這個旋渦在降低近葉片吸力面二次流發展過程中起著十分重要的作用。
在端壁上加了翼刀後，對端壁附近氣流流動狀況產生了很大的影響，詳細研究其渦繫結構及翼刀控制二次流的機理，以求揚長避短，在減小翼刀附加損失的同時,合理利用翼刀在控制二次流方面的優越性。
國內端壁翼刀技術
同國外相比，國內對翼刀技術的研究起步較晚,主要集中在亞音速壓氣機葉柵中。哈爾濱工業大學的鐘兢軍教授和劉艷明博士以及田夫博士通過翼刀技術抑制壓氣機葉柵中二次流，在這方面進行了大量的實驗和數值研究，取得了很多有益的成果。從2002年開始，鐘兢軍教授和劉艷明博士等人進行了平面葉柵安裝端壁翼刀的數值和實驗研究，結果表明，與常規葉柵相比，在安裝有端壁翼刀的葉柵中，翼刀不同程度地改善了葉柵內二次流動。翼刀阻斷馬蹄渦壓力面分支向相鄰葉片吸力面側的發展，同時分別在壓力面一翼刀和翼刀一吸力面之間區域形成兩個通道渦，這兩個旋渦強度都小於常規葉柵的通道渦強度。馬蹄渦壓力面分支與翼刀相互作用，在翼刀上方偏向吸力面一側有反向翼刀渦產生。
在進行了翼刀最佳周向位置的探索後，鐘兢軍教授等人又進行了翼刀長度和高度以及翼刀軸向位置方面的研究，研究發現雖然隨著翼刀高度增加，翼刀對流道內橫向流動的阻斷作用增強，但翼刀的附加損失增加,翼刀周圍損失峰值也增加，並且波及範圍越來越廣，結果表明，翼刀長度變化時，長度越大,阻斷橫向流動的作用越明顯，但由氣流摩擦所造成的翼刀附加損失也會帶來一定的不利影響。有效降低二次流的最佳翼刀不僅能阻斷流道內的橫向流動，阻止馬蹄渦壓力面分支的發展,而且能有效產生反向翼刀渦，計算結果表明,占據流道前3/4長度的翼刀為最佳長度翼刀。
影響
端壁翼刀在跨音速葉柵中對二次流的影響
（1）在跨音速狀況下，與常規葉柵相比，各種方案端壁翼刀沒有改善葉柵內二次流動情況。翼刀雖有效地阻斷和控制了馬蹄渦壓力面分支的發展，同時分別在壓力面-翼刀和翼刀-吸力面之間區域形成通道渦P2和通道渦P1，這兩個旋渦強度都小於常規葉柵的通道渦強度，但翼刀改變了兩端壁附近壓力梯度的分布，增大了兩端區附近逆壓梯度，使兩端壁與吸力面所夾角區的分離流動增強，同時翼刀還干擾了兩端壁附近葉片前緣的加速降壓流動，使氣流沒有加速到最大速度就開始擴壓，這在另一方面也使兩端壁和吸力面角區的分離流動增強。
（2）隨著翼刀位置向吸力面靠近，翼刀對馬蹄渦壓力面分支的阻斷作用相對減弱，通道渦P2明顯增強，同時通道渦P1的強度則得到削弱；與此同時，翼刀和吸力面間的逆壓梯度也逐漸增強，逐漸增強的逆壓梯度作用於逐漸減小的區域，使翼刀與吸力面之間的分離流動逐漸增強。
（3）翼刀高度的增加並沒有改變上述翼刀帶來的負面影響，反而帶來更多的附加損失。所有高度下各周向位置翼刀都沒有減弱二次流，而是使二次流的損失增加，隨著翼刀高度增加，二次流損失也增加。
