压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法技术

本申请提供了一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，包括：在转子机匣上布置若干个动态传感器以形成阵列测点；使动态传感器的采集系统接收触发信号按照设定的采集参数开始采集，以获得阵列测点下的压力信号；针对同一轴向位置的多个周向测点，根据测点周向空间位置及测得的压力信号时序分别建立空间轴和时间轴，利用两者关联性建立时空关联轴；对时空关联轴上的测点压力信号进行插值，并经过坐标转换分别获得相对坐标系和绝对坐标系下流场重构虚拟通道，进而获得该轴向位置瞬态流场分布的变化规律；重复上述步骤获得不同轴向位置的瞬态流场分布的变化规律，将不同轴向位置的瞬态流场分布进行组合，获得转子机匣流场参数的瞬态二维分布。场参数的瞬态二维分布。场参数的瞬态二维分布。

【技术实现步骤摘要】
压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法


[0001]本申请属于叶轮机试验
，特别涉及一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法。

技术介绍

[0002]压气机内部流场复杂，具有强非定常和强三维流动特征，尤其是靠近转子叶片叶尖端壁区域，存在激波、泄漏涡、角区分离及其之间相互干扰等，显著影响压机气动性能和稳定性。这些复杂流动会改变压气机机匣处的压力分布，因此对压气机机匣的压力测量是分析压气机内部流场的重要手段。
[0003]压气机每排叶片都由几何相同的多个转子叶片或静子叶片组成，在压气机转动过程中，每排转子叶片会周期性的扫掠机匣和上下游的静子叶片，因此其内部流场存在与叶片排相位强相关的周期性时序效应。
[0004]如图1所示为国内广泛采用的压气机机匣动态测试方法示意图，该测试方法在机匣布置单排动态压力传感器14对机匣处的压力场进行测试，试验过程中，转子叶片11在上游静子叶片12和下游静子叶片13之间，转子叶片11会周期性的经过每个动态压力传感器14，动态压力传感器14会感受到转子叶片11处于不同相位(相对于传感器)时的机匣处压力场，将不同相位的测试结果进行组合，从而拼接出一个机匣处完整的压力场分布。
[0005]然而传统的基于单排动态压力传感器布置和锁相测量的方式，虽然可以获得一个完整叶片通道机匣处的压力场，但其假设转子叶片相对于上下游静子处于不同相位时，转子叶片同一相对相位的流场不发生变化，即假定压气机在转子坐标系下叶片通道内的流场是定常的，而实际上由于受到上下游静子叶片的影响，转静子处于不同相位时的流场存在差异，因此传统测试方式的主要缺点体现为：将相对于传感器处于不同转子相位的流场进行组合，忽略了上下游静子相位变化引起的流场非定常特征(特别是压气机处于非设计工况)，无法同时获得不同转子相位时叶片通道内的流场变化，合成的流场可能与真实流动存在差异，甚至会给测试分析带来误导。
[0006]如图2所示，对于低速大尺寸压气机来说可以采用阵列式传感器的测试布局方案，在上游静子叶片22和下游静子叶片23的转子叶片21周围布置阵列式传感器24，该方案采用空间内插方法获得转子叶尖机匣壁面的瞬态压力流场。
[0007]采用阵列式传感器24的布置方法可以得到叶片通道内的瞬态流场，但受阵列式传感器24尺寸的限制，该方法对于某些低速大尺寸压气机模型试验较为实用，对于真实的工程试验对象，由于其尺寸较小，难以大规模布置阵列式传感器，例如对于小涵道比轴流压气机，每个叶片通道周向仅能布置下3～6排传感器，采用空间内插方法空间分辨率较低，如图3所示。

技术实现思路

[0008]本申请的目的是提供了一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，以解决
或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
[0009]本申请的技术方案是：一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，所述方法包括：
[0010]步骤S1、在转子机匣上布置若干个动态传感器以形成阵列测点，所述阵列测点在周向上的覆盖范围根据上下游静子叶片及相邻转子叶片之间的通道宽度设定，所述阵列测点在轴向上覆盖转子叶片流场，所述动态传感器的采集频率至少为转子叶片通过频率预定倍数；
[0011]步骤S2、采用锁相采集技术，使动态传感器的采集系统接收触发信号按照设定的采集参数开始采集，以获得阵列测点下的压力信号；
[0012]步骤S3、针对同一轴向位置的多个周向测点，根据测点周向空间位置及测得的压力信号时序分别建立空间轴和时间轴，利用空间轴和时间轴的关联性建立时空关联轴；
[0013]步骤S4、对时空关联轴上的测点压力信号进行插值，并经过坐标转换分别获得相对坐标系和绝对坐标系下流场重构虚拟通道，进而获得该轴向位置非定常流场分布的变化规律；
[0014]步骤S5、重复步骤S1～步骤S4中不同轴向位置的动态传感器测点，获得不同轴向位置的非定常流场分布的变化规律，将不同轴向位置的非定常流场分布进行组合，获得转子机匣流场参数的瞬态二维分布。
[0015]进一步的，所述阵列测点在周向上根据相邻转子叶片之间的通道宽度设置不少于4个。
[0016]进一步的，所述阵列测点在轴向上覆盖转子叶片流场根据仿真结果确定。
[0017]进一步的，所述预定倍数为十倍。
[0018]进一步的，所述采集参数包括采样频率、采集时间、采样数量。
[0019]本申请的方法可实现压气机机匣瞬态压力流场的重构，且重构的流场精度大幅度提高，对于测试空间狭小或受结构\强度等影响，测点数量受限的压气机同样适用。
附图说明
[0020]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。
[0021]图1为现有技术中的压气机机匣单排动态压力传感器测试方法示意图。
[0022]图2为现有技术中的压气机机匣阵列式传感器测试布局示意图。
[0023]图3为图2中的压气机机匣阵列式传感器测试布局效果图。
[0024]图4为本申请的压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法流程图。
[0025]图5为本申请中的压气机机匣动态传感器阵列测点布置示意图。
[0026]图6为本申请中的时空关联过程示意图。
具体实施方式
[0027]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。
[0028]针对现有的压气机转子机匣动态压力测试方法所存在的问题，本申请根据压气机
转子叶片周期性扫掠传感器时，采集的动态信号存在时间和空间关联的特点，提出一种基于时空关联与传感器阵列布局及锁相采集相结合的方式，形成了全新的压气机机匣压力场测量方法，以实现采用有限数量的传感器可以有效识别压气机转子叶片相对于上下游静子叶片处于不同相位状态下流场的非定常，解决高负荷小尺寸压气机精细化动态测试的工程应用问题。
[0029]如图4所示，本申请提供的压气机机匣瞬态压力场分布测试方法包括如下步骤：
[0030]步骤S1、在转子机匣上布置若干个动态传感器34以形成阵列测点，其中，动态传感器阵列测点在周向(即转子叶片31转动方向C)上覆盖范围根据上下游静子叶片及相邻转子叶片31之间的通道宽度设定，通常不少于4点。例如在本申请图示实施例中，根据上下游静子叶片通道宽度设置的动态传感器阵列轴向测点为8个(即沿着转子叶片31长度布置的测点)，根据相邻转子叶片31之间的通道宽度设置的动态传感器阵列周向测点为5个。动态传感器阵列测点在轴向(即气流流向Q)上能够覆盖转子叶片流场，并可在转子叶片前后缘各延伸0.1倍转子弦长。例如在本申请图示实施例中，依据能够覆盖轴向上的转子叶片流场的动态传感器阵列轴向测点为4个。动态传感器阵列测点如图5所示。
[0031]其中，每个动态传感器34测点的采样频率设置为至少是转子叶片通过频率的10倍。例如在本申请该实施例中，压气机机匣被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压气机机匣非定常压力场分布测量分析方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1、在转子机匣上布置若干个动态传感器以形成阵列测点，所述阵列测点在周向上的覆盖范围根据上下游静子叶片及相邻转子叶片之间的通道宽度设定，所述阵列测点在轴向上覆盖转子叶片，所述动态传感器的采集频率至少为转子叶片通过频率预定倍数；步骤S2、采用锁相采集技术，使动态传感器的采集系统接收触发信号按照设定的采集参数开始采集，以获得阵列测点下的压力信号；步骤S3、针对同一轴向位置的多个周向测点，根据测点周向空间位置及测得的压力信号时序分别建立空间轴和时间轴，利用空间轴和时间轴的关联性建立时空关联轴；步骤S4、对时空关联轴上的测点压力信号进行插值，并经过坐标转换分别获得相对坐标系和绝对坐标系下流场重构虚拟通道，进而获得该轴向位置非定常流场分布的变...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽萍，张志博，贾博博，高飞龙，杨明绥，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：