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現(xiàn)代葉輪機(jī)械新技術(shù)及應(yīng)用/航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)與教學(xué)叢書

包郵 現(xiàn)代葉輪機(jī)械新技術(shù)及應(yīng)用/航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)與教學(xué)叢書

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2022-05-01
開本： 16開 頁(yè)數(shù)： 465
中 圖 價(jià):¥150.1(7.9折) 定價(jià)  ¥190.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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現(xiàn)代葉輪機(jī)械新技術(shù)及應(yīng)用/航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)與教學(xué)叢書 版權(quán)信息

現(xiàn)代葉輪機(jī)械新技術(shù)及應(yīng)用/航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)與教學(xué)叢書 內(nèi)容簡(jiǎn)介

葉輪機(jī)械在國(guó)防科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中均占有十分重要的地位。本書聚焦于葉輪機(jī)械在航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)及應(yīng)用，重點(diǎn)關(guān)注近年來(lái)氣動(dòng)分支涌現(xiàn)出的新技術(shù)。全書共8章，分別介紹風(fēng)扇/壓氣機(jī)和渦輪的氣動(dòng)設(shè)計(jì)、智能優(yōu)化及流動(dòng)控制等新技術(shù)，重點(diǎn)闡述葉片智能優(yōu)化、串列葉片設(shè)計(jì)技術(shù)、非軸對(duì)稱端壁造型技術(shù)、附面層抽吸技術(shù)、對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)技術(shù)、等離子體控制技術(shù)和人工智能技術(shù)等葉輪機(jī)械領(lǐng)域新技術(shù)的原理、發(fā)展及應(yīng)用。 本書可作為高等工科院校有關(guān)專業(yè)課程教材，也可供航空、航天、航海等領(lǐng)域有關(guān)動(dòng)力裝置研制的工程技術(shù)人員參考。

現(xiàn)代葉輪機(jī)械新技術(shù)及應(yīng)用/航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)與教學(xué)叢書 目錄

目錄
叢書序
前言
第1章　緒論
1.1　壓氣機(jī)中的主要流動(dòng)現(xiàn)象及分析　001
1.1.1　壓氣機(jī)中的附面層流動(dòng)分離現(xiàn)象　002
1.1.2　葉尖泄漏流動(dòng)　004
1.1.3　激波損失　010
1.1.4　壓氣機(jī)葉柵內(nèi)的旋渦　013
1.1.5　壓氣機(jī)中的非定常效應(yīng)　014
1.2　壓氣機(jī)中的主要流動(dòng)損失及其被動(dòng)控制技術(shù)　016
1.2.1　葉型損失及其被動(dòng)控制方法　017
1.2.2　激波損失及其控制方法　019
1.2.3　端壁二次流損失及控制方法　020
1.2.4　葉尖間隙泄漏損失及其控制方法　026
1.3　葉輪機(jī)械復(fù)雜流動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)　032
1.3.1　附面層吸附技術(shù)　032
1.3.2　引氣技術(shù)　037
1.3.3　射流技術(shù)　038
1.3.4　等離子體放電激勵(lì)技術(shù)　042
1.4　小結(jié)　043
參考文獻(xiàn)　044
第2章　壓氣機(jī)葉片智能優(yōu)化設(shè)計(jì)新技術(shù)
2.1　葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的發(fā)展與應(yīng)用　053
2.1.1　葉片設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的迫切需求　053
2.1.2　傳統(tǒng)的葉型設(shè)計(jì)方法的制約與不足　054
2.1.3　優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展及葉片造型中的應(yīng)用　055
2.1.4　葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)研究回顧　058
2.2　基于遺傳算法的可控?cái)U(kuò)散葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　064
2.2.1　遺傳算法的基本原理及特點(diǎn)　064
2.2.2　基本遺傳算法的參數(shù)及運(yùn)行流程　065
2.2.3　基本遺傳算法的實(shí)現(xiàn)　066
2.2.4　基本遺傳算法的改進(jìn)策略　069
2.2.5　采用改進(jìn)遺傳算法的可控?cái)U(kuò)散葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　070
2.2.6　小結(jié)　079
2.3　基于改進(jìn)人工蜂群算法的大彎度葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　080
2.3.1　大彎度葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建　080
2.3.2　大彎度葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)　085
2.3.3　多工況條件下的大彎度葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)　089
2.3.4　小結(jié)　095
2.4　考慮端壁效應(yīng)的高負(fù)荷葉柵優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　096
2.4.1　研究對(duì)象　096
2.4.2　高負(fù)荷葉柵全三維造型方法研究　097
2.4.3　考慮端壁效應(yīng)的高負(fù)荷葉柵優(yōu)化設(shè)計(jì)方法　103
2.4.4　考慮端壁效應(yīng)的高負(fù)荷葉柵優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果　107
2.4.5　小結(jié)　117
參考文獻(xiàn)　118
第3章　高負(fù)荷壓氣機(jī)串列葉片設(shè)計(jì)技術(shù)
3.1　串列葉片造型方法概述　122
3.1.1　串列葉片概念的提出及研究概述　122
3.1.2　串列葉型的幾何參數(shù)　123
3.1.3　串列基元葉型的生成　128
3.1.4　三維串列葉片的造型　130
3.2　基于并行多點(diǎn)采樣策略的串列葉柵多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　134
3.2.1　引言　134
3.2.2　多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)　135
3.2.3　改進(jìn)并行多點(diǎn)采樣策略　136
3.2.4　物理規(guī)劃　139
3.2.5　研究對(duì)象和數(shù)值方法　139
3.2.6　高負(fù)荷串列葉柵的優(yōu)化　142
3.2.7　優(yōu)化結(jié)果和分析　143
3.2.8　小結(jié)　147
3.3　大彎角串列葉型形狀及相對(duì)位置的耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　147
3.3.1　引言　147
3.3.2　改進(jìn)粒子群算法　148
3.3.3　研究對(duì)象　152
3.3.4　數(shù)值方法　153
3.3.5　NURBS參數(shù)化方法　153
3.3.6　自適應(yīng)Kriging模型　154
3.3.7　優(yōu)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介　155
3.3.8　優(yōu)化結(jié)果和分析　157
3.3.9　小結(jié)　161
3.4　彎掠優(yōu)化對(duì)高負(fù)荷跨聲速串列轉(zhuǎn)子的影響分析　162
3.4.1　引言　162
3.4.2　研究對(duì)象及數(shù)值方法　162
3.4.3　復(fù)合彎掠優(yōu)化方法　164
3.4.4　彎掠優(yōu)化結(jié)果與分析　165
3.4.5　小結(jié)　174
參考文獻(xiàn)　175
第4章　葉輪機(jī)內(nèi)部二次流動(dòng)的端壁控制技術(shù)
4.1　葉輪機(jī)內(nèi)部二次流動(dòng)的形成與發(fā)展　177
4.1.1　軸流葉輪機(jī)內(nèi)部二次流動(dòng)定義　178
4.1.2　葉輪機(jī)內(nèi)部二次流的產(chǎn)生及特點(diǎn)分析　179
4.1.3　葉柵二次流的旋渦模型及其影響效應(yīng)　181
4.2　非軸對(duì)稱端壁技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用　184
4.2.1　渦輪非軸對(duì)稱端壁技術(shù)的發(fā)展　184
4.2.2　壓氣機(jī)葉柵非軸對(duì)稱端壁造型研究進(jìn)展　186
4.3　非軸對(duì)稱端壁造型方法的研究　188
4.3.1　Rose非軸對(duì)稱端壁造型方法　188
4.3.2　FAITH端壁造型方法　189
4.3.3　中弧線旋轉(zhuǎn)法　191
4.3.4　三角函數(shù)造型法　191
4.3.5　壓差造型法　192
4.3.6　非均勻有理樣條函數(shù)法　193
4.3.7　非軸對(duì)稱端壁序列二次規(guī)劃優(yōu)化造型技術(shù)　194
4.3.8　基于Bezier曲線的端壁造型方法及應(yīng)用　196
4.4　軸流壓氣機(jī)非軸對(duì)稱端壁造型技術(shù)　208
4.4.1　跨聲速軸流壓氣機(jī)非軸對(duì)稱端壁造型優(yōu)化設(shè)計(jì)　208
4.4.2　非軸對(duì)稱端壁造型在對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)中的應(yīng)用　214
4.4.3　小結(jié)　219
4.5　高壓渦輪導(dǎo)向器非軸對(duì)稱端壁優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　219
4.5.1　端壁參數(shù)化造型方法　220
4.5.2　數(shù)值優(yōu)化方法　221
4.5.3　目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)　222
4.5.4　高壓渦輪導(dǎo)向器中非軸對(duì)稱端壁造型優(yōu)化設(shè)計(jì)　223
4.5.5　小結(jié)　234
參考文獻(xiàn)　235
第5章　壓氣機(jī)附面層吸附技術(shù)
5.1　附面層吸附技術(shù)的原理　239
5.1.1　附面層吸附對(duì)下游附面層動(dòng)量厚度變化的影響　239
5.1.2　從熱力學(xué)原理出發(fā)分析附面層吸附效果　243
5.1.3　小結(jié)　249
5.2　附面層吸附技術(shù)的發(fā)展　249
5.2.1　附面層吸附技術(shù)研究現(xiàn)狀　249
5.2.2　吸附式風(fēng)扇/壓氣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)　252
5.3　吸附式葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)策略　260
5.3.1　防止吸附式葉型附面層分離的控制策略　260
5.3.2　基于蜂群算法的吸附式葉型智能優(yōu)化設(shè)計(jì)策略　262
5.3.3　吸附式壓氣機(jī)葉型及抽吸方案的耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)策略　269
5.3.4　高空條件下低雷諾數(shù)葉型＋吸附式葉型耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)策略　294
5.3.5　小結(jié)　306
5.4　吸附式壓氣機(jī)葉柵風(fēng)洞吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)　306
5.4.1　高亞聲速平面葉柵風(fēng)洞介紹　307
5.4.2　兩套吸附式壓氣機(jī)葉柵實(shí)驗(yàn)　309
5.4.3　兩級(jí)風(fēng)扇進(jìn)口級(jí)靜子葉尖常規(guī)葉柵實(shí)驗(yàn)和吸附式葉柵實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析　319
5.4.4　小結(jié)　324
5.5　吸附式風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)　325
5.5.1　抽吸對(duì)壓氣機(jī)整體性能參數(shù)的影響　325
5.5.2　吸附式壓氣機(jī)設(shè)計(jì)與分析方法　327
5.5.3　小結(jié)　343
參考文獻(xiàn)　343
第6章　對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)技術(shù)
6.1　對(duì)轉(zhuǎn)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用及技術(shù)特點(diǎn)分析　346
6.1.1　對(duì)轉(zhuǎn)技術(shù)的發(fā)展　346
6.1.2　對(duì)轉(zhuǎn)技術(shù)的特點(diǎn)及存在問(wèn)題分析　350
6.1.3　壓氣機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)與其他新技術(shù)的融合　353
6.2　對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)特性及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析　355
6.2.1　對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果分析　356
6.2.2　對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)葉片表面極限流線分析　360
6.2.3　小結(jié)　363
6.3　轉(zhuǎn)速比和軸向間隙對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)性能的影響分析　364
6.3.1　轉(zhuǎn)速比對(duì)壓氣機(jī)性能的影響　364
6.3.2　軸向間隙對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)性能的影響　376
6.3.3　小結(jié)　385
6.4　對(duì)轉(zhuǎn)技術(shù)的思考與展望　386
6.4.1　對(duì)轉(zhuǎn)技術(shù)存在的問(wèn)題思考　386
6.4.2　對(duì)轉(zhuǎn)技術(shù)展望　387
參考文獻(xiàn)　387
第7章　葉輪機(jī)等離子體流動(dòng)控制技術(shù)
7.1　等離子體流動(dòng)控制技術(shù)　389
7.1.1　介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵(lì)　390
7.1.2　等離子體合成射流激勵(lì)　390
7.1.3　電弧放電等離子體激勵(lì)　391
7.2　等離子體激勵(lì)對(duì)壓氣機(jī)葉尖泄漏流動(dòng)的控制　392
7.3　等離子體激勵(lì)對(duì)轉(zhuǎn)子葉尖失速的控制　397
7.4　等離子體流動(dòng)控制在壓氣機(jī)靜子中的應(yīng)用　401
7.4.1　吸力面激勵(lì)布局流動(dòng)控制效果　401
7.4.2　端壁激勵(lì)布局流動(dòng)控制效果　403
7.5　展望　404
參考文獻(xiàn)　405
第8章　人工智能技術(shù)在葉輪機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢(shì)
8.1　人工智能技術(shù)及應(yīng)用　407
8.1.1　氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的研究現(xiàn)狀　408
8.1.2　遺傳算法在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀　409
8.1.3　仿生智能算法研究與應(yīng)用現(xiàn)狀　411
8.1.4　現(xiàn)代人工智能技術(shù)發(fā)展概況　412
8.2　應(yīng)用改進(jìn)型BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　414
8.2.1　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述　414
8.2.2　BP前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及算法　416
8.2.3　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本庫(kù)的建立　417
8.2.4　基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)扇靜子葉片優(yōu)化　419
8.2.5　小結(jié)　424
8.3　基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的損失和落后角模型及應(yīng)用　425
8.3.1　傳統(tǒng)損失和落后角模型發(fā)展　425
8.3.2　損失和落后角代理模型研究　426
8.3.3　代理模型建立及應(yīng)用　427
8.3.4　代理模型介入壓氣機(jī)特性計(jì)算的程序流程　435
8.3.5　E3十級(jí)高壓壓氣機(jī)預(yù)測(cè)結(jié)果　439
8.3.6　優(yōu)化聚類中心數(shù)的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代理模型計(jì)算結(jié)果　446
8.3.7　支持向量機(jī)代理模型計(jì)算結(jié)果　448
8.3.8　小結(jié)　450
8.4　微分蜂群支持向量機(jī)混合算法與葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)　450
8.4.1　蜂群支持向量機(jī)算法的演進(jìn)：DEABCSVM　450
8.4.2　DEABCSVM算法數(shù)值實(shí)驗(yàn)　453
8.4.3　基于DEABCSVM算法的葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)　456
8.4.4　小結(jié)　462
參考文獻(xiàn)　462
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現(xiàn)代葉輪機(jī)械新技術(shù)及應(yīng)用/航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)與教學(xué)叢書 節(jié)選

第1章緒論 葉輪機(jī)械一般指通過(guò)葉片與工質(zhì)間的相互作用給工質(zhì)加入或由工質(zhì)中得到能量的機(jī)器。按照工質(zhì)的流動(dòng)方向，葉輪機(jī)械可以分為軸流式、徑流式、斜流式和組合式四種；按照動(dòng)葉進(jìn)口相對(duì)馬赫數(shù)的大小，可以分為亞聲速、跨聲速和超聲速葉片機(jī)。按照其功能，葉輪機(jī)械可以分為被動(dòng)機(jī)械和原動(dòng)機(jī)械兩大類：　前者為工質(zhì)加入能量（功）使工質(zhì)總溫和總壓升高，從而產(chǎn)生推動(dòng)力，如壓氣機(jī)、風(fēng)扇及螺旋槳等；后者從工質(zhì)中獲得能量（功）得到軸功，如渦輪和風(fēng)車等。 本書聚焦于葉輪機(jī)械在航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)及應(yīng)用，重點(diǎn)關(guān)注氣動(dòng)分支存在的新技術(shù)，即風(fēng)扇/壓氣機(jī)和渦輪的氣動(dòng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化及流動(dòng)控制。制約渦輪部件高效可靠的問(wèn)題主要是冷卻和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其氣動(dòng)設(shè)計(jì)水平較為成熟，因此本書將重點(diǎn)闡述壓氣機(jī)領(lǐng)域新技術(shù)的原理、發(fā)展及應(yīng)用，并對(duì)渦輪非軸對(duì)稱端壁造型新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行介紹。 1.1壓氣機(jī)中的主要流動(dòng)現(xiàn)象及分析 壓氣機(jī)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)是決定航空動(dòng)力裝置研制成敗的重要因素。同時(shí)，壓氣機(jī)屬于高速旋轉(zhuǎn)的葉輪機(jī)械，葉片從根到尖的展向流動(dòng)變化非常大，它存在固有的轉(zhuǎn)/靜干涉效應(yīng)、氣體黏性效應(yīng)、激波效應(yīng)，另外，轉(zhuǎn)子葉尖的間隙，以及通道內(nèi)因擴(kuò)壓產(chǎn)生的強(qiáng)壓力梯度使得壓氣機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)具有很強(qiáng)的三維非定常性，其中值得引起重視并需要改善的氣動(dòng)現(xiàn)象主要包括壓氣機(jī)中的各種流動(dòng)分離、葉尖間隙導(dǎo)致的葉尖泄漏流和旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性等（圖1－1）。 1.1.1壓氣機(jī)中的附面層流動(dòng)分離現(xiàn)象 高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)中的多級(jí)軸流壓氣機(jī)具有更高的級(jí)壓比和更低的展弦比，氣流轉(zhuǎn)折角也在增大。級(jí)壓比的提高意味著葉片通道內(nèi)流向逆壓力梯度和周向壓力梯度的增加，這使得葉片通道內(nèi)的流動(dòng)變得更加復(fù)雜，甚至導(dǎo)致葉片吸力面附面層和角區(qū)分離程度增大。葉片展弦比的降低使得端壁附面層厚度所占流道徑向空間的比例升高，增厚的端壁附面層在強(qiáng)壓力梯度的作用下加劇了流道內(nèi)的流動(dòng)分離現(xiàn)象。壓氣機(jī)內(nèi)的流動(dòng)分離現(xiàn)象會(huì)降低壓氣機(jī)的工作效率和壓升能力，并進(jìn)一步引發(fā)壓氣機(jī)工作過(guò)程中的流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象。隨著壓氣機(jī)級(jí)壓比的不斷提高，葉片吸力面會(huì)受到更強(qiáng)的逆壓梯度作用，其附面層變得更易分離，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)分離的有效控制將變得更加困難，也給發(fā)動(dòng)機(jī)性能、部件匹配及發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性等帶來(lái)了一系列難題。 通常情況下，葉片吸力面附面層會(huì)在葉片通道內(nèi)逆壓力梯度的作用下產(chǎn)生不同程度的現(xiàn)象，針對(duì)此現(xiàn)象，學(xué)者們也提出了對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則——擴(kuò)散因子，利用擴(kuò)散因子可以對(duì)葉型設(shè)計(jì)的負(fù)荷量級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)性評(píng)估并與損失大小進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如圖12所示，某壓氣機(jī)葉片25%展向位置處，吸力面附近氣流由葉片前緣加速，在10%軸向弦長(zhǎng)位置左右達(dá)到峰值（位置1處），之后氣流減速擴(kuò)壓，并在30%軸向弦長(zhǎng)位置處產(chǎn)生分離，該分離點(diǎn)在位置2處。位置3在70%軸向弦長(zhǎng)處，這時(shí)葉片吸力面表面流動(dòng)已經(jīng)完全分離，流動(dòng)損失急劇增大。 此外，在由葉片吸力面和端壁組成的葉片角區(qū)內(nèi)存在另外一種三維分離現(xiàn)象，即角區(qū)分離或角區(qū)失速。受通道內(nèi)壓力梯度的影響，即使在近設(shè)計(jì)工況附近，葉片角區(qū)處也常常伴隨著角區(qū)分離現(xiàn)象。在非設(shè)計(jì)工況下，角區(qū)分離會(huì)進(jìn)一步惡化成為角區(qū)失速現(xiàn)象，這將使壓氣機(jī)的性能大幅降低。 角區(qū)分離或失速對(duì)壓氣機(jī)性能的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：**，導(dǎo)致明顯的葉片通道堵塞，降低壓氣機(jī)的壓升能力；第二，產(chǎn)生明顯的二次流損失，降低壓氣機(jī)的工作效率。因此，此類三維分離現(xiàn)象一直是壓氣機(jī)設(shè)計(jì)人員的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)，其中包括角區(qū)分離的流動(dòng)結(jié)構(gòu)、形成機(jī)理、判定準(zhǔn)則和控制方法等。 利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值兩種方法，研究人員針對(duì)亞聲速壓氣機(jī)葉柵角區(qū)內(nèi)的三維分離現(xiàn)象進(jìn)行了大量的研究，對(duì)角區(qū)失速的形成和發(fā)展機(jī)制有了越來(lái)越全面的認(rèn)識(shí)，即角區(qū)分離的形成是葉片通道內(nèi)逆壓力梯度和端壁二次流共同作用的結(jié)果。壓氣機(jī)環(huán)形葉柵中角區(qū)失速的三維流動(dòng)特征及壁面流動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖13所示。角區(qū)失速主要包括明顯存在于吸力面和端壁上的回流區(qū)。在葉片吸力面附近端壁附面層內(nèi)的低能流體沿展向爬升，離開端壁形成分離渦系，并形成了以吸力面和端壁上的某極限流線及某空間自由流面為邊界的三維分離區(qū)。 圖1－3壓氣機(jī)環(huán)形葉柵中角區(qū)失速的三維流動(dòng)特征及壁面流動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 類似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在壓氣機(jī)葉柵內(nèi)的存在不斷被后續(xù)研究所證實(shí)，并且隨著來(lái)流攻角的增大，角區(qū)分離的面積也越來(lái)越大。亞聲速三維直列葉柵的壁面流譜拓?fù)浞治鲅芯勘砻鳎S角區(qū)分離的形成及發(fā)展與前緣滯止點(diǎn)的馬蹄渦系密切相關(guān)，且壁面奇點(diǎn)的數(shù)目隨著來(lái)流攻角的增大而增加，并與角區(qū)內(nèi)堵塞量的變化趨勢(shì)保持一致。 對(duì)于超跨聲速壓氣機(jī)葉柵，激波與壓氣機(jī)葉柵內(nèi)部附面層的相互作用會(huì)誘導(dǎo)出不同于亞聲速壓氣機(jī)葉柵的流動(dòng)分離現(xiàn)象。圖1－4中展示了跨聲速壓氣機(jī)葉柵內(nèi)部的角區(qū)分離流動(dòng)現(xiàn)象，由于激波的干涉作用，葉展中部附近葉片吸力面上出現(xiàn)了層流分離泡和流動(dòng)再附現(xiàn)象，在近端壁葉片吸力面出現(xiàn)了回流現(xiàn)象；在端壁處并沒(méi)有出現(xiàn)自壓力面至吸力面的二次流動(dòng)及相應(yīng)的過(guò)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，也沒(méi)有形成常見的通道渦，而是在近尾緣端壁形成了一個(gè)較弱的環(huán)狀渦。與亞聲速壓氣機(jī)葉柵內(nèi)部的流動(dòng)不同，起始于跨聲速壓氣機(jī)葉柵前緣附近的馬蹄渦系對(duì)近端壁附近的流動(dòng)影響較弱，葉片前緣附近的流動(dòng)主要受激波與進(jìn)口附面層相互作用的影響。 壓氣機(jī)葉片三維角區(qū)內(nèi)的流動(dòng)常常伴隨著強(qiáng)烈的非定常現(xiàn)象，因此嚴(yán)重的角區(qū)失速現(xiàn)象往往會(huì)引發(fā)壓氣機(jī)葉片的顫振及壓氣機(jī)工作失穩(wěn)，進(jìn)而造成嚴(yán)重的事故。壓氣機(jī)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果快速進(jìn)行判斷，盡量避免在某些工況下出現(xiàn)角區(qū)失速的現(xiàn)象。基于大量的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Lei等依據(jù)葉柵設(shè)計(jì)參數(shù)歸納出一個(gè)壓氣機(jī)葉柵角區(qū)失速的判定準(zhǔn)則，該判定準(zhǔn)則主要包含表征壓氣機(jī)負(fù)荷的擴(kuò)散因子D和表征壓氣機(jī)穩(wěn)定性的失速指數(shù)S，其中S是通過(guò)葉片負(fù)荷來(lái)衡量分離區(qū)的范圍來(lái)判斷角區(qū)失速的發(fā)生與否，且角區(qū)分離越嚴(yán)重，對(duì)應(yīng)的失速指數(shù)S的值就越大。研究結(jié)果表明，一般對(duì)應(yīng)角區(qū)失速發(fā)生時(shí)的條件為：D>0.4±0.05且S>0.12，如圖1－5所示（空心為角區(qū)分離工況，實(shí)心為角區(qū)失速工況）。 圖1－5角區(qū)失速發(fā)生與否的判定準(zhǔn)則 1.1.2葉尖泄漏流動(dòng) 在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片排或懸臂靜子葉片排中，葉片和機(jī)匣或輪轂端壁之間存在一定高度的葉尖間隙，在葉頂截面葉片壓力面和吸力面兩側(cè)靜壓差的驅(qū)動(dòng)下，葉尖附近的部分流體越過(guò)葉尖間隙形成了葉尖泄漏流。在葉尖區(qū)域，來(lái)自上游葉片排尾跡、環(huán)壁和葉片表面附面層、二次流及來(lái)流主流與葉尖泄漏流之間的相互作用使得葉尖泄漏流通常以葉尖泄漏渦的復(fù)雜形式存在，圖1－6中給出了亞聲速壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流的三維空間結(jié)構(gòu)模型，圖1－7則顯示了轉(zhuǎn)子通道內(nèi)部的流動(dòng)結(jié)構(gòu)（圖中ω為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度，Wr為相對(duì)速度的徑向分量，Wt為相對(duì)速度的切向分量，W為相對(duì)速度）。 圖1－6亞聲速壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流三維空間結(jié)構(gòu)模型 圖1－7轉(zhuǎn)子通道內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖 一般來(lái)說(shuō)，葉尖泄漏流受四種因素影響：　**是葉片吸力面和壓力面的壓差，壓差越大，泄漏流的驅(qū)動(dòng)力就越強(qiáng)；第二是壓氣機(jī)輪緣處的附面層；第三是葉片和機(jī)匣間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；第四是葉尖間隙的大小，具體可以表現(xiàn)為間隙越大，則泄漏流動(dòng)越強(qiáng)。 葉尖間隙流研究方法大致可以分為三種：　一是實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法；二是理論模型方法；三是數(shù)值模擬方法。采用理論模型方法可以直觀、粗略地得到泄漏流動(dòng)過(guò)程，用于估算葉尖間隙泄漏導(dǎo)致的效率降低，而流動(dòng)細(xì)節(jié)則必須借助實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)值模擬方法得到。已有的研究結(jié)果表明，葉尖間隙泄漏流對(duì)壓氣機(jī)的總體性能有至關(guān)重要的影響，在軸流壓氣機(jī)內(nèi)部，除了葉片表面的摩擦和分離損失、端壁二次流引起的損失及跨聲速壓氣機(jī)中的相關(guān)激波損失之外，葉尖間隙的引入而導(dǎo)致的端區(qū)損失占?jí)簹鈾C(jī)總損失的20%~40%，而且葉尖間隙的影響不僅限于轉(zhuǎn)子葉尖區(qū)域，葉展70%以上的區(qū)域都會(huì)受到影響，包括葉尖泄漏渦和通道激波相互干渉形成的低能流體團(tuán)、渦/波干涉及流道堵塞等。在壓氣機(jī)低展弦比、高負(fù)荷的發(fā)展趨勢(shì)下，葉尖泄漏對(duì)壓氣機(jī)性能的影響也顯得越來(lái)越嚴(yán)重。泄漏流動(dòng)損失在端區(qū)損失中占的比例增大，并會(huì)造成流道堵塞。尤其在跨聲速壓氣機(jī)中，由于葉尖泄漏渦和激波相互作用形成的低速堵塞團(tuán)，會(huì)大幅度降低壓氣機(jī)的壓升能力，也可能是觸發(fā)葉尖失速的重要因素。 經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)：①對(duì)于跨聲速壓氣機(jī)，隨著葉尖間隙的增大，葉尖泄漏流和通道激波的相互作用越來(lái)越強(qiáng)，甚至?xí)辜げńY(jié)構(gòu)發(fā)生變壓，由于泄漏渦與激波的強(qiáng)烈干涉作用，在前1/3弦長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生的葉尖泄漏流對(duì)壓氣機(jī)性能的影響*大，使得壓氣機(jī)的壓升能力、效率和喘振裕度嚴(yán)重下降；②葉尖泄漏渦在逐漸發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)葉尖吸力面附面層的影響比較小，渦核軌跡向相鄰葉片壓力面移動(dòng)，并且在出口后一段距離和相鄰葉片尾跡相交。而且，葉尖間隙越大，渦核軌跡越遠(yuǎn)離機(jī)匣壁面。隨著節(jié)流加劇，葉尖泄漏渦軌跡逐漸向葉片前緣移動(dòng)，對(duì)主流的阻礙能力也進(jìn)一步加強(qiáng)；③當(dāng)反壓上升到某一值時(shí)，葉尖泄漏渦會(huì)破碎，繼而產(chǎn)生導(dǎo)致失速的堵塞團(tuán)；④機(jī)匣壁面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)泄漏流的流動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，雖然加劇了葉尖泄漏渦，但是卻在一定程度上減少了葉尖泄漏流動(dòng)損失。 葉尖泄漏渦雖然不是導(dǎo)致壓氣機(jī)失速的直接原因，但是與壓氣機(jī)失速密切相關(guān)，大量的研究表明，跨聲速壓氣機(jī)中的泄漏渦與激波的相互干涉會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)喘振裕度下降。因此，對(duì)葉尖泄漏流的控制顯得尤為重要，目前針對(duì)葉尖泄漏流動(dòng)控制已發(fā)展出了很多新技術(shù)。 綜上所述，隨著壓氣機(jī)進(jìn)口流量的減小，葉片的負(fù)荷增加，葉尖泄漏渦的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)逐漸向葉片前緣方向移動(dòng)，甚至從葉片前緣溢出，導(dǎo)致壓氣機(jī)流動(dòng)失穩(wěn)。在近失速工況附近，主流、葉片角區(qū)低能流體、壁面附面層和葉尖泄漏渦之間的相互作用使得葉頂附近的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，通道的堵塞程度顯著增加。因此，葉尖泄漏流對(duì)壓氣機(jī)所帶來(lái)的影響主要包括泄漏相關(guān)損失和端區(qū)通道堵塞兩個(gè)方面，前者會(huì)顯著降低壓氣機(jī)的工作效率，而后者會(huì)影響壓氣機(jī)的擴(kuò)壓能力和工作穩(wěn)定性。 為了更有效地利用流動(dòng)控制方法來(lái)減弱葉尖泄漏流的負(fù)面效應(yīng)，并盡可能地提高壓氣機(jī)的整體性能，就需要深刻地認(rèn)識(shí)和掌握葉尖泄漏流的始發(fā)機(jī)制、空間結(jié)構(gòu)，以及定常和非定常流動(dòng)特征。下面將從葉尖泄漏流的模型研究及渦系結(jié)構(gòu)、影響葉尖泄漏流的因素和非定常泄漏流三個(gè)方面來(lái)介紹目前針對(duì)葉尖泄漏流動(dòng)現(xiàn)象取得的一些主要研究成果。 （1）葉尖泄漏流模型及渦系結(jié)構(gòu)。通常情況下，受實(shí)驗(yàn)和計(jì)算條件限制，在提出泄漏流模型的過(guò)程中會(huì)引入一定的近似假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，如壓力驅(qū)動(dòng)和無(wú)黏特性假設(shè)等，這使得葉尖泄漏流模型的通用性受到了一定限制。但由于大多數(shù)模型涵蓋了影響葉尖泄漏流的主要因素，即便在實(shí)驗(yàn)和計(jì)算水平顯著提高的今天，泄漏流模型仍然是一種很實(shí)用的分析葉尖間隙泄漏流的理論工具。其中，具有代表性的葉尖泄漏流經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕≧ains模型、Lakshminarayana模型、Kirtley模型、Chen模型和Storer摻混控制體模型。 隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)和計(jì)算能力的逐步提升，研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向葉尖泄漏流的詳細(xì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)和流動(dòng)機(jī)理探索。例如，在平面葉柵葉尖附近流場(chǎng)中利用實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)葉尖附近存在葉尖泄漏渦、葉頂分離渦，以及葉頂二次渦的雙渦系和三渦系結(jié)構(gòu)，而且葉尖區(qū)域的通道渦會(huì)與葉尖泄漏渦發(fā)生相互作用。直列葉柵中的葉尖泄漏流實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，葉尖區(qū)域同時(shí)存在葉尖泄漏渦和葉尖分離渦的雙渦系結(jié)構(gòu)，如圖1－8所示。 Storer等通過(guò)葉柵實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)葉尖泄漏渦的起始位置與端壁靜壓*小值點(diǎn)相重合，且該位置隨著葉尖間隙的增加而向下游移動(dòng)。從對(duì)低速軸流壓氣機(jī)的研究中同樣發(fā)現(xiàn)葉尖泄漏渦的形成位置與機(jī)匣端壁上的*小壓力位置一致，且泄漏渦的運(yùn)動(dòng)軌跡恰好對(duì)應(yīng)著機(jī)匣端壁上的連線。隨著葉尖間隙尺寸的增加，泄漏

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