表面粗糙或帶凸起轉(zhuǎn)盤風(fēng)阻扭矩實(shí)驗(yàn)

張 達(dá) 羅 翔 徐國強(qiáng)

(北京航空航天大學(xué) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)熱力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100191)

田淑青

(中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司 設(shè)計(jì)研發(fā)中心，上海201108)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對效率有著重要的影響，冷卻空氣不足引起的極端高溫會(huì)大幅度降低渦輪盤以及渦輪葉片的壽命.大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)冷卻系統(tǒng)所需空氣一般經(jīng)由核心機(jī)的中央軸以及孔到達(dá)渦輪盤腔，直至渦輪葉片.發(fā)動(dòng)機(jī)20%的主流壓縮空氣消耗在內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，并且份額還在增加.現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，存在著回報(bào)遞減的規(guī)律，單一部件的改進(jìn)只能帶來循環(huán)效率微小的提高，比如大規(guī)模增大二次流空氣系統(tǒng)流量(比如10%)，卻只能提高循環(huán)效率0.15%.所以全面深入掌握內(nèi)部冷卻系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)特性，是未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)提升冷卻系統(tǒng)效率的前提.

von Kármán[1]和 Theodorsen 等人[2]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自由盤扭矩系數(shù)僅與旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)有關(guān)，指出壁面粗糙會(huì)加快轉(zhuǎn)捩過程.然而在高旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)情況與Bayley和Owen[3]實(shí)驗(yàn)測得的自由盤扭矩系數(shù)相比，有著較大幅度的低估;Dorfman[4]使用對數(shù)律假設(shè)求解邊界層積分方程得到自由盤扭矩系.Nece和Daily[5]分別用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的方法，開創(chuàng)性地對無軸向通流的轉(zhuǎn)靜系盤腔的轉(zhuǎn)盤的粗糙程度與摩擦扭矩?fù)p失的關(guān)系進(jìn)行了深入研究.Daniel等人[6]實(shí)驗(yàn)研究了含螺栓的渦輪盤模型的扭矩特性.局部螺栓蓋的扭矩系數(shù)減阻效果較小，而全環(huán)覆蓋的螺栓蓋可以大幅度降低螺栓的風(fēng)阻扭矩.Pett等……