CN115875294A - 一种用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法 - Google Patents

Abstract

本申请一种用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，所述方法包括：确定三涵道风扇的前风扇出口测试截面的轴向位置及测试探针的组成方案，所述测试探针由梳状总温探针和梳状总压探针组成；基于三涵道风扇设计状态点的仿真流场，确定前风扇出口的测试探针的叶片周向相对位置；基于典型非设计状态点的仿真流场进行评估，确定前风扇出口的测试探针的叶片周向相对位置是否再次满足要求；若满足要求，根据梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置确定梳状总压探针和梳状总温探针的角向位置，完成测试探针布置；若不满足要求，则调整前风扇出口的测试的叶片周向相对位置，直至满足要求。

Description

一种用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法

技术领域

本申请属于变循环三涵道风扇试验技术领域，特别涉及一种用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法。

背景技术

变循环三涵道风扇与常规双涵道风扇相比，其气动和结构都发生了较大的变化。如图1所示为典型的三涵道风扇结构示意图，三涵道风扇分为前风扇11和后风扇12，前后风扇之间设计涵道流量可调的涵道引射器从而形成第三涵道13，后风扇12的出口又通过分流环分为第一涵道14和第二涵道15。复杂的结构和气动匹配特点给三涵道风扇的性能测试带来了较大的挑战，尤其前风扇11的出口参数测试，该截面气动参数变化范围大，其测试布局设计的合理性是关系前、后风扇性能准确评估的关键。

现有的压气机试验测试布局设计主要针对压气机进、出口进行测试布局，缺少针对三涵道风扇特殊构型下前风扇出口测量截面的测试布局，若参考压气机出口测试布局制定三涵道风扇的前风扇出口测试布局方案，则该方案存在如下缺点：

1)未结合前风扇出口流场的特点，建立有针对性的测试布局，测试布局能否真实反映前风扇流动特征、准确评估前风扇的性能无法进行定量评估；

2)前风扇出口静子可调，气动参数变化范围宽，按照设计状态布置的测试布局方案针对其它非设计状态是否适用未进行评估。

发明内容

本申请的目的是提供了一种用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，所述方法包括：

确定三涵道风扇的前风扇出口测试截面的轴向位置及测试探针的组成方案，所述测试截面布置于前风扇和后风扇之间，且所述测量截面距离前风扇末级静子叶片排气边缘大于0.5b，b为前风扇末级静子叶片算术平均半径处叶片弦长的轴向投影，所述测试探针的组成方案包括测试探针的组成及测试探针的支数，其中，测试探针由梳状总温探针和梳状总压探针组成；

基于三涵道风扇设计状态点的仿真流场，确定前风扇出口的梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置；

在前风扇出口的总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置满足设计状态点的基础上，基于典型非设计状态点的仿真流场进行评估，确定前风扇出口的梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置是否再次满足要求；

若满足要求，根据梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置确定梳状总压探针和梳状总温探针的角向位置，从而完成测试探针布置；若不满足要求，则基于设计状态点调节前风扇出口的梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置，直至满足要求。

进一步的，所述梳状总温探针和梳状总压探针的总支数为6～8支。

进一步的，根据前风扇设计状态工作点的出口测量截面不同叶高位置处的仿真流场特点，按照等环面在测量探针的径向上分布多个测点。

进一步的，径向分布的测点为5～6个。

进一步的，所述前风扇出口的总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置满足设计状态点的要求为：

根据测试探针分布的总压、总温均值与基于设计状态点的仿真流场的总压、总温均值计算得到的压比偏差≤±0.5％，温升效率偏差≤±0.01。

进一步的，基于典型非设计状态点的前风扇出口的梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置的要求为：

根据测试探针分布的总压、总温均值与基于典型非设计状态点的仿真流场的总压、总温均值计算得到的压比偏差≤±1.0％，温升效率偏差≤±0.01。

本申请的方法结合前风扇出口不同叶高处的仿真流场特点，充分考虑测量截面的周向总温和总压的不均匀性，选取可以表征各叶高总压和总温平均值的测试位置，同时基于仿真流场数据进行测试偏差的量化评估，解决现有测试布局方案针对性差、无法准确评估其合理性的问题，且该测试布局方法兼顾设计状态和非设计状态，基于仿真试验流场进行综合评估，确定两者兼顾考虑的合理测试布局方案。本申请的前风扇出口测试布局方法可满足前风扇出口参数测量的试验需求，相比于现有的压气机出口测试布局方法，可显著提高前风扇出口测试方案的合理性，提高前风扇性能评估的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为典型的三涵道风扇结构示意图。

图2为三涵道风扇试验前风扇出口的测试截面位置示意图。

图3为三涵道风扇试验前风扇出口的测试探针示意图。

图4为基于设计状态仿真流场确定的前风扇出口总压探针周向相对位置分布图。

图5为基于设计状态仿真流场确定的前风扇出口总温探针周向相对位置分布图。

图6为典型非设计状态前风扇出口总压仿真流场及总压探针周向相对位置分布图

图7为典型非设计状态前风扇出口总温仿真流场及总温探针周向相对位置分布图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

本申请提出的用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法——即确定三涵道风扇试验中前风扇出口总温探针和总压探针测试的轴向和角向位置的方法，该方法包括如下步骤：

1)确定前风扇出口测试的轴向位置和测试探针的布置方案，如图2和图3所示，前风扇出口测量截面2布置于前风扇11和后风扇12之间，测量截面2选取时兼顾结构空间考虑，其优选的，测量截面2距离前风扇的末级静子叶片排气边缘大于0.5b，b为前风扇末级静子叶片算术平均半径处叶片弦长的轴向投影。

测试探针根据前风扇出口的气动参数变化范围选取梳状总温探针22和梳状总压探针21进行测量，测量探针的支数根据其对风扇产生的流动堵塞性能影响，确定前风扇出口梳状总温探针22和梳状总压探针21的总支数为6～8支。

例如在本申请实施例中，测量截面2距离前风扇的末级静子叶片排气边缘为0.55b，前风扇出口布置的梳状总压探针21的支数为5支，梳状总温探针21的支数为3支，探针总支数为8支。梳状总压探针21与梳状总温探针22在同一截面。

2)基于设计状态对三涵道风扇的流场进行仿真，从而确定前风扇出口总温探针22、梳状总压探针21的叶片周向相对位置。

根据前风扇设计状态工作点的出口测量截面探针测点分布不同叶高位置处的仿真流场特点，按照等环面在测试探针的径向位置设置5～6点的探针测点，初步优化梳状总温探针22和梳状总压探针21沿叶片栅距方向分布的不同叶片周向相对位置，使得测试探针分布处的总温、总压均值与该叶高仿真流场的总温、总压均值偏差满足预定要求。

即根据测试探针分布处的总压、总温均值与仿真流场的总压、总温均值计算得到的压比和温升效率偏差应满足：压比偏差≤±0.5％，温升效率偏差≤±0.01。

如图4和图5所示，在本申请该实施例中，前风扇出口测试探针径向上的测点数选取5点，按照等环面设计，测试探针各测点相对叶高的百分比分别为12％、35％、55％、74％、92％，根据设计状态工作点的5个相对叶高处的仿真流场特点，选取沿叶片栅距方向分布的不同叶片周向相对位置，使得探针分布处的总温、总压均值与该叶高仿真流场的总温、总压均值偏差较小。

通过初步优化，确定的梳状总压探针21的叶片周向相对位置分别为-0.44、-0.24、0.03、0.23、0.46(其中相对位置0代表静子叶片积叠轴，叶片周向相对位置-0.5～0.5覆盖1倍栅距)，梳状总温探针22的叶片周向相对位置分别为-0.3、-0.11、0.18。根据5处梳状总压探针21的总压均值与仿真流场的总压均值计算得到的压比偏差为0.48％，满足压比偏差≤±0.5％。根据5处梳状总压探针21、3处梳状总温探针22的总压、总温均值与仿真流场的总压、总温均值计算得到的温升效率偏差为0.007，满足温升效率偏差≤±0.01。

3)兼顾设计状态和非设计状态完成前风扇出口梳状总温探针、梳状总压探针分布的叶片周向相对位置优化。

根据步骤2设计状态确定的测试探针分布周向相对位置，基于典型的非设计状态工作点仿真流场进行压比和温升效率测试偏差分析，非设计状态的偏差也应满足预定要求。

其中，基于典型的非设计状态工作点仿真流场进行压比和温升效率测试偏差分析，非设计状态的偏差满足为：压比偏差≤±1.0％，温升效率偏差≤±0.01。

如典型的非设计状态的偏差不满足要求，可重新开展步骤2，调节测试探针的叶片周向相对位置，直至设计状态和非设计状态的偏差均满足要求。此时，根据梳状总温探针22和梳状总压探针21的叶片周向相对位置和叶片安装周向位置确定前风扇出口的梳状总温探针22和梳状总压探针21的角向位置，完成梳状总温探针22和梳状总压探针21的布局。

如图6和图7所示，在本申请该实施例中，根据5处梳状总压探针21的总压均值与仿真流场的总压均值计算得到的压比偏差为0.87％，满足压比偏差≤±1.0％，根据5处的梳状总压探针21、3处梳状总温探针21的总压、总温均值与仿真流场的总压、总温均值计算得到的温升效率偏差为0.009，满足温升效率偏差≤±0.01。

根据梳状总压探针21的叶片周向相对位置-0.44、-0.24、0.03、0.23、0.46和叶片安装周向位置(积叠轴位置)确定梳状总压探针21的角向位置，根据梳状总温探针22的叶片周向相对位置-0.3、-0.11、0.18和叶片安装周向位置(积叠轴位置)确定梳状总温探针22的角向位置，从而完成了梳状总压探针21和梳状总温探针22的布置。

本申请针对现有测试探针布局的缺点，引入了基于仿真试验流场的前风扇出口测试布局方法，该方法结合前风扇出口不同叶高处的仿真流场特点，充分考虑测量截面的周向总温和总压的不均匀性，选取可以表征各叶高总压和总温平均值的测试位置，同时基于仿真流场数据进行测试偏差的量化评估，解决现有测试布局方案针对性差、无法准确评估其合理性的问题，且该测试布局方法兼顾设计状态和非设计状态，基于仿真试验流场进行综合评估，确定两者兼顾考虑的合理测试布局方案。本申请的前风扇出口测试布局方法可满足前风扇出口参数测量的试验需求，相比于现有的压气机出口测试布局方法，可显著提高前风扇出口测试方案的合理性，提高前风扇性能评估的准确性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，其特征在于，所述方法包括：

确定三涵道风扇的前风扇出口测试截面的轴向位置及测试探针的组成方案，所述测试截面布置于前风扇和后风扇之间，且所述测量截面距离前风扇末级静子叶片排气边缘大于0.5b，b为前风扇末级静子叶片算术平均半径处叶片弦长的轴向投影，所述测试探针的组成方案包括测试探针的组成及测试探针的支数，其中，测试探针由梳状总温探针和梳状总压探针组成；

基于三涵道风扇设计状态点的仿真流场，确定前风扇出口的梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置；

在前风扇出口的总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置满足设计状态点的基础上，基于典型非设计状态点的仿真流场进行评估，确定前风扇出口的梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置是否再次满足要求；

若满足要求，根据梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置确定梳状总压探针和梳状总温探针的角向位置，从而完成测试探针布置；若不满足要求，则基于设计状态点调节前风扇出口的梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置，直至满足要求。

2.如权利要求1所述的用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，其特征在于，所述梳状总温探针和梳状总压探针的总支数为6～8支。

3.如权利要求1或2所述的用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，其特征在于，根据前风扇设计状态工作点的出口测量截面不同叶高位置处的仿真流场特点，按照等环面在测量探针的径向上分布多个测点。

4.如权利要求3所述的用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，其特征在于，径向分布的测点为5～6个。

5.如权利要求3所述的用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，其特征在于，所述前风扇出口的总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置满足设计状态点的要求为：

根据测试探针分布的总压、总温均值与基于设计状态点的仿真流场的总压、总温均值计算得到的压比偏差≤±0.5％，温升效率偏差≤±0.01。

6.如权利要求3所述的用于三涵道风扇试验的前风扇出口测试布局方法，其特征在于，基于典型非设计状态点的前风扇出口的梳状总温探针、梳状总压探针的叶片周向相对位置的要求为：

根据测试探针分布的总压、总温均值与基于典型非设计状态点的仿真流场的总压、总温均值计算得到的压比偏差≤±1.0％，温升效率偏差≤±0.01。

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