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發(fā)動(dòng)機(jī)及其部件的試驗(yàn)研究

發(fā)布日期：2016-03-23 　發(fā)布者：會(huì)員 　PV：1146 　字體：大 中 小

伴隨現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)診斷方法在發(fā)動(dòng)機(jī)及其部件的試驗(yàn)研究中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)氣體速度溫度壓力組份和濃度以及燃油液霧的空間分布和兩相流場(chǎng)的測(cè)量，為發(fā)動(dòng)機(jī)部件的調(diào)試以及驗(yàn)證改進(jìn)數(shù)值計(jì)算程序提供充足的數(shù)據(jù)。

　　在隨后的幾年，由于光學(xué)電子計(jì)算機(jī)硬件和軟件的進(jìn)步，最主要的是需求的增加，促使應(yīng)用激光速度儀研究渦輪機(jī)械流場(chǎng)獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量持續(xù)提高。通過對(duì)渦輪和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子葉柵以及燃燒室的大量研究，對(duì)于加深了解渦輪機(jī)械和燃燒室內(nèi)部的流動(dòng)大有好處。由于需要將激光射人機(jī)械內(nèi)部的測(cè)量區(qū)域，三維在渦輪機(jī)械測(cè)試中曾受到一定的限制。

　　隨著三維流動(dòng)數(shù)據(jù)需要的日益增長，已經(jīng)大大加強(qiáng)了三維系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，并取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。激光多普勒速度儀有許多光學(xué)配置可以用來測(cè)量三維速度分量。目前，三維是用三色激光產(chǎn)生三維測(cè)量區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的，例如氫離子激光器。這種系統(tǒng)測(cè)量徑向速度分量的準(zhǔn)確性直接和徑向偏角有關(guān)。為了使測(cè)量誤差減小，建議調(diào)整系統(tǒng)布置的方向與流動(dòng)矢量一致。這樣的三維刀系統(tǒng)已成功應(yīng)用到不同的渦輪機(jī)械測(cè)試中。激光進(jìn)人測(cè)量區(qū)時(shí)通常采用平面窗。由于渦輪機(jī)械的殼體是曲面的，平面窗不能和殼體外形相符，以至引起流動(dòng)的局部畸變，因此，觀察窗周向尺寸受到限制。

　　實(shí)踐證明系統(tǒng)對(duì)于光線的扭曲像系統(tǒng)一樣并不敏感，因?yàn)樗鼈兊墓饩€在探測(cè)區(qū)域中并沒有被極度精確地聚焦。系統(tǒng)能容忍足夠薄的曲面玻璃產(chǎn)生微小的光線扭曲。

　　研究中心已用對(duì)渦輪部件內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的三維測(cè)量，目的是為開式離心壓氣機(jī)與渦輪的一次流和二次流日期一年航空發(fā)動(dòng)機(jī)第期的發(fā)展提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在年發(fā)展了一種相當(dāng)復(fù)雜的三維系統(tǒng)，它和二維系統(tǒng)有著同樣的激光進(jìn)人測(cè)量區(qū)域的方式，在渦輪機(jī)械形成的流場(chǎng)中應(yīng)用更廣泛。它應(yīng)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的條紋配置，并用能發(fā)出熒光的懸浮顆粒示蹤，測(cè)量軸向和周向的速度分量。徑向分量是用共焦點(diǎn)一干涉儀掃描，直接分析粒子產(chǎn)生的散射光的多譜勒頻移得到的。兩種配置組合成光學(xué)系統(tǒng)，同時(shí)運(yùn)行。該方法已成功應(yīng)用于渦輪環(huán)形靜子葉片的測(cè)量。但由于它的復(fù)雜性穩(wěn)定性的限制以及需要較長的數(shù)據(jù)采集時(shí)間，還不能應(yīng)用到轉(zhuǎn)子葉片的流場(chǎng)測(cè)量，在渦輪機(jī)械流場(chǎng)的研究中并沒有占據(jù)很重要的地位。在燃燒室的研究中也發(fā)揮了巨大作用，已經(jīng)完成了許多有意義的測(cè)量。

　　由于在非反應(yīng)流中激光進(jìn)入測(cè)量區(qū)域比較容易，所以大多數(shù)測(cè)量都在非反應(yīng)流中完成，得到的測(cè)量結(jié)果也比較準(zhǔn)確。在反應(yīng)流中的應(yīng)用情況很復(fù)雜，主要是由于組分粒子折射系數(shù)的不同，使激光變得不均勻，探測(cè)體積扭曲，從而影響測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量。即使這樣，用測(cè)量簡化的燃燒室和實(shí)際的扇形燃燒室火焰也已獲得成功，但實(shí)驗(yàn)不是在低壓條件下就是在小尺寸的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行的。

　　建立起可以進(jìn)行和三維測(cè)量的設(shè)備，試驗(yàn)溫度達(dá)壓力空氣質(zhì)量流量當(dāng)壓力達(dá)到時(shí)，由于折射系數(shù)的波動(dòng)，測(cè)量嚴(yán)重失真。激光二焦速度儀標(biāo)準(zhǔn)的是二維測(cè)量裝置，它在和光軸垂直的平面上測(cè)量速度分量的方向和大小。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)沿光軸不同方向在流場(chǎng)中逐點(diǎn)連續(xù)測(cè)量時(shí)，也可以測(cè)量三維分量。由于的固有特性，它主要應(yīng)用在大流量高速度的渦輪機(jī)械測(cè)量中，例如壓氣機(jī)和渦輪。在這樣的條件下，只有以極小固焦角運(yùn)行的硯系統(tǒng)才可以用作三維速度測(cè)量。通常的系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立的二維系統(tǒng)組合而成。

　　目前市場(chǎng)上出售的和歐洲的研究機(jī)構(gòu)使用的都是這種系統(tǒng)。最新發(fā)展的三維系統(tǒng)已應(yīng)用于分析轉(zhuǎn)子葉片相互作用形成的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。它能測(cè)量到激波的位置和三維流動(dòng)特性。新發(fā)展的系統(tǒng)把二維測(cè)量和散射光的頻率分析結(jié)合起來，測(cè)量到的頻移代表了光頭光軸方向的速度分量。在大多數(shù)渦輪機(jī)械試驗(yàn)室已建立了系統(tǒng)，用于壓氣機(jī)和渦輪流場(chǎng)的測(cè)量。對(duì)于燃燒試驗(yàn)的流場(chǎng)，由于擾動(dòng)強(qiáng)度大，超過了抗擾動(dòng)測(cè)量的能力，因此該系統(tǒng)不能應(yīng)用。

　　相干反斯托克斯拉曼波譜法是一種很好的測(cè)量溫度的方法。探測(cè)區(qū)的產(chǎn)生和相類似，都是通過疊加兩束或更多不同頻率光束產(chǎn)生相干的信號(hào)。實(shí)際的系統(tǒng)通常用雙倍頻率的激光器，以的脈沖重復(fù)運(yùn)行。系統(tǒng)的應(yīng)用遇到了和同樣的問題，即激光怎樣進(jìn)人測(cè)量區(qū)域，也遇到了不適應(yīng)煙灰粒子密度大和折射系統(tǒng)變化大的難題，因而限制了在高壓條件下運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪燃燒設(shè)備中的應(yīng)用。

　　在測(cè)量中，數(shù)據(jù)量大幅減少，在混合強(qiáng)度很高的臨界位置甚至測(cè)量不到數(shù)據(jù)，這表明已接近月又測(cè)量的極限。葬滾熱發(fā)履恢其祝測(cè)量幾乎所有的區(qū)域，甚至最復(fù)雜的試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)。除了對(duì)在高壓條件下運(yùn)行的燃燒室由于激光扭曲不能測(cè)量外，這些測(cè)量技術(shù)提供的數(shù)據(jù)用來驗(yàn)證計(jì)算程序的有效性是足夠的。但應(yīng)用這些技術(shù)進(jìn)行測(cè)量所需的時(shí)間和費(fèi)用都很高。數(shù)字粒子圖象測(cè)速儀數(shù)字粒子圖象測(cè)速儀是一種強(qiáng)有力的測(cè)量裝置，在廣泛的應(yīng)用研究領(lǐng)域可以作為激光多譜勒測(cè)速儀的替代和補(bǔ)充?？梢栽跍u輪機(jī)械形成的復(fù)雜流場(chǎng)中獲得瞬態(tài)平面測(cè)量結(jié)果，使之成為頗具吸引力的技術(shù)。在應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的流場(chǎng)中也會(huì)遇到與同樣的問題。