CN109374252A - 一种压气机串列叶栅实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机串列叶栅实验装置，属于叶栅风洞实验领域。该装置包括一个上栅板1和一个下栅板2，上栅板1和下栅板2上均开有对应的前槽20和后槽21，开设前、后叶片插槽22的前、后叶滑块分别安装于前槽20和后槽21中，根据实验的需要在槽内移动滑块的轴向或周向位置，剩余空间用垫块填充并固定；待实验的串列叶片分为前后两排，实验前通过在槽内移动滑块的轴向或周向位置，改变串列叶栅实验件前后叶片排的相对位置关系，即实现对轴向间距和周向间距的调整。本发明可实现对一套串列叶栅实验件的轴向间距和周向间距进行调整，相比传统叶栅实验件能大幅节约实验件生产成本、生产周期、装配时间以及存储空间，有利于串列叶栅实验研究工作的开展，以进一步实现对压气机内部附面层分离的控制。

Description

一种压气机串列叶栅实验装置

技术领域

本发明涉及叶栅风洞实验领域，具体是一种压气机串列叶栅实验装置。

背景技术

现代航空发动机是一种精密复杂的机械，被誉为工业皇冠上的明珠，其压气机的设计要求高压比、高负荷。然而由于高负荷压气机叶栅通道内存在较强的逆压梯度，经常导致叶片吸力面和角区附面层发生严重分离，从而导致压气机损失增大，效率下降。

串列叶片是由相距很近的前后两排叶片构成的组合叶片。这是一种新型的被动流动控制技术，它可以有效控制压气机内部的流动分离，提高叶片负荷和压气机的效率。它通过前后叶片间的缝隙流道将高能来流加速，并引向后叶片的吸力面，吹除了前叶片尾迹的低能区，新的附面层会在后叶片的前缘重新形成，阻止了附面层分离的发展，减少压气机内由低能流体所引起的损失，可使压气机叶片的气流转折角和效率得到较为显著的提升。

对于一个串列叶栅，轴向间距定义为前叶尾缘与后叶前缘的轴向距离；周向间距定义为前叶尾缘与后叶前缘的周向距离。轴向间距和周向间距是决定串列叶栅前后两排叶片相对位置的关键参数，对串列叶栅的流动性能有着决定性的影响。只有轴向间距和周向间距的较优组合，才能使串列叶栅体现出优于传统叶栅的性能优势。

近年来，国内研究人员对轴向间距和周向间距对串列叶栅性能的影响做了较多的研究。实验研究方法通常为设计并制造若干套轴向间距和周向间距组合的串列叶栅，并在叶栅风洞里进行实验；数值模拟研究方法通常在计算机中设计若干套轴向间距和周向间距组合的串列叶栅，并通过计算流体力学方法进行数值模拟。

吴国钏、庄表南、郭秉衡发表于1988年第5卷1-4期《International Journal ofTurbo&Jet Engines》的论文《Experimental Investigation of Tandem Blade CascadesWith Double-Circular ARC Profiles》，通过改变安装角、轴向间距和周向间距设计并制造了24套串列叶栅实验件，对其进行一系列风洞实验，得到了它们的性能和流动数据。

宋亚慧、李秋实、吴宏发表于2008年中国航空学会航空发动机数值仿真与数字化设计学术交流会的论文《超声来流串列叶栅后排位置对流动影响的数值研究》，通过数值模拟研究了在超声来流下周向间距和轴向间距对串列叶栅性能与流场的影响。

沈淳、滕金芳发表于2013年第5期《科学技术与工程》的论文《轴向相对位置对串列叶栅气动性能影响的数值研究》，对5种轴向间距的串列叶栅进行了数值模拟，考察其对总体性能和流场影响。

杨松霖、滕金芳,羌晓青发表于2016年第2期《节能技术》的论文《周向偏距对串列叶栅气动性能的影响》，应用计算流体力学软件研究5种不同周向间距的串列叶栅在设计点和近喘振点工况下的总体性能和流场细节。

可见随着计算流体力学的发展，研究人员关于轴向间距、周向间距与串列叶栅性能的关系做了大量的数值研究，但现今数值模拟的有效性尚需要实验作为验证。叶栅风洞实验仍然是研究上述问题的最可靠方法。由于实验的轴向间距和周向间距的组合较多，如何低成本、快速地实现不同轴向间距与周向间距组合的串列叶栅成为了实验人员面对的一个关键问题。

如为了得到5个轴向位置和13个周向位置组合下串列叶片的性能和流动特性，需要进行65次叶栅风洞实验。如果采用传统的叶栅实验件结构，则需要制造65套叶栅实验件，制造成本高，管理和装配也存在诸多不便。为了适应目前串列叶栅实验研究的新局面，需要对传统的叶栅实验装置进行改进。

发明内容

为了弥补传统叶栅实验装置的不足，本发明提出了一种压气机串列叶栅实验装置，在上栅板和下栅板的前叶片排和后叶片排安装位置分别开槽，并放置滑块于其中，前叶片排和后叶片排分别安装于滑块中，可在槽中实现轴向或周向的移动，从而实现对串列叶栅实验件轴向间距和周向间距的调整。

本发明的技术方案是：一种压气机串列叶栅实验装置，包括一个上栅板1和一个下栅板2，两个定距柱13使得两块栅板呈平行且间距可调的连接，所述上栅板1上分别开有前槽20和后槽21，下栅板2相应的位置处也开有同样的前槽20和后槽21；两块前叶滑块3分别沿周向等间距开设4～8个前叶片插槽22，并分别安装于上栅板1和下栅板2的前槽20中，两块后叶滑块4分别沿周向等间距开设同样数目的后叶片插槽23，并分别安装于上栅板1和下栅板2的后槽21中，可以根据实验的需要在槽内移动滑块的轴向或周向位置，剩余空间用垫块填充并固定；待实验的串列叶片分为前后两排，前排叶片的两端分别置于前叶滑块3的前叶片插槽22中，后排叶片的两端分别置于后叶滑块4的后叶片插槽23中，实验前通过在槽内移动滑块的轴向或周向位置，可以改变串列叶栅实验件前后叶片排的相对位置关系，即实现对轴向间距和周向间距的调整。

本发明可实现对一套串列叶栅实验件的轴向间距和周向间距进行调整，相比传统叶栅实验件能大幅节约实验件生产成本、生产周期、装配时间以及存储空间，有利于串列叶栅实验研究工作的开展，以进一步实现对压气机内部附面层分离的控制。

附图说明

图1是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的整体三维视图

图2是实施例1中压气机串列叶栅实验装置的上栅板正等轴测图

图3是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的上栅板俯视图及剖视图

图4是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的下栅板正等轴测图

图5是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的下栅板俯视图及剖视图

图6是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的前叶滑块正等轴测图

图7是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的前叶滑块俯视图

图8是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的后叶滑块正等轴测图

图9是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的后叶滑块俯视图

图10是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的压力面开静压孔的前叶片主视图

图11是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的压力面开静压孔的前叶片左视图

图12是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的吸力面开静压孔的前叶片主视图

图13是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的吸力面开静压孔的前叶片左视图

图14是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的压力面开静压孔的后叶片主视图

图15是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的压力面开静压孔的后叶片左视图

图16是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的吸力面开静压孔的后叶片主视图

图17是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的吸力面开静压孔的后叶片左视图

图18是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的不测静压的前叶片主视图

图19是实施例1中的压气机串列叶栅实验装置的不测静压的前叶片左视图

图20是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的不测静压的后叶片主视图

图21是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的不测静压的后叶片左视图

图22是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的前叶垫块正等轴测图

图23是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的后叶垫块正等轴测图

图24是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的定距柱三维视图

图25是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的定距柱主视图

图26是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的整体三维视图

图27是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的上栅板正等轴测图

图28是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的上栅板俯视图及剖视图

图29是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的下栅板正等轴测图

图30是实施例2中的压气机串列叶栅实验装置的下栅板俯视图及剖视图

图31是实施例3中的压气机串列叶栅实验装置的整体三维视图

图32是实施例3中的压气机串列叶栅实验装置的上栅板正等轴测图

图33是实施例3中的压气机串列叶栅实验装置的上栅板俯视图及剖视图

图34是实施例3中的压气机串列叶栅实验装置的下栅板正等轴测图

图35是实施例3中的压气机串列叶栅实验装置的下栅板俯视图及剖视图

图中：1——上栅板(叶尖)，2——下栅板(叶根)，3——前叶滑块，4——后叶滑块，5——压力面开静压孔的前叶片，6——吸力面开静压孔的前叶片，7——压力面开静压孔的后叶片，8——吸力面开静压孔的后叶片，9——不测静压的前叶片，10——不测静压的后叶片，11——前叶垫块，12——后叶垫块，13——定距柱，14——定距柱安装螺钉，15——定距柱安装通孔，16——静压管，17——栅板前槽上游侧紧定螺钉用螺纹通孔，18——栅板后槽两侧紧定螺钉用螺纹通孔，19——栅板后槽两侧无螺纹孔，20——栅板前槽，21——栅板后槽，22——前叶片插槽，23——后叶片插槽，24——叶片表面静压孔，25——叶片空腔

具体实施方式

实施例1：本实施例是一种压气机串列叶栅实验装置，可以调节串列叶栅的轴向间距和周向间距。

如图1所示，本实施条例提出的一种压气机串列叶栅实验装置包括上栅板1、下栅板2、前叶滑块3、后叶滑块4、压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6、压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8、不测静压的前叶片9、不测静压的后叶片10、前叶垫块11、后叶垫块12、定距柱13。本装置整体上沿叶片高度中部截面上下镜面对称，上栅板1和下栅板2通过螺钉14与定距柱13相连接。一个前叶滑块3与两个前叶垫块11分别上下对称地填充上栅板1和下栅板2的前槽20(如图3和图5所示)，并通过如图3和图5所示安装在螺纹孔17的紧定螺钉固定。一个后叶滑块4与两个后叶垫块12分别上下对称地填充上栅板1和下栅板2的后槽21(如图3和图5所示)，并通过如图3和图5所示安装在螺纹孔18的紧定螺钉固定。压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6以及四个不测静压的前叶片9安装于两块前叶滑块3的前叶片插槽22之间；压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8以及四个不测静压的后叶片10安装于两块后叶滑块4的后叶片插槽23之间。

上栅板1的结构如图2和图3所示。上栅板1厚20mm，开有两个11mm深的槽，按叶栅轴向位置可分为前槽20和后槽21。如图1所示，前槽20位于风洞的上游方向，根据实验对轴向间距的要求在槽内对应位置安装前叶滑块3，串列叶栅前叶片排安装于前叶滑块3之上。前槽20的剩余空间用根据实验方案预制的前叶垫块11填充以精确控制前叶滑块3的轴向位置并防止漏气。事实上前叶垫块11的尺寸决定了前叶滑块3的位置，也决定了串列叶栅的轴向间距。后槽21位于前槽的下游方向，根据实验对周向间距的要求在槽内对应位置安装后叶滑块4，串列叶栅后叶片排安装于后叶滑块4之上。后槽21的剩余空间用根据实验方案预制的后叶垫块12填充以精确控制后叶滑块4的周向位置并防止漏气。同样，后叶垫块12的尺寸决定了后叶滑块4的位置，也决定了串列叶栅的周向间距。在前槽20和后槽21的中间区域完全打通栅板，以使如图1所示的中间叶片的静压管16在可调范围内均能伸出栅板。在前槽20的上游方向有两个螺纹通孔17，用于安装紧定螺钉，以固定前叶滑块3和前叶垫块11。在后槽21的左侧与右侧各有一个螺纹通孔18，用于安装紧定螺钉，以固定后叶滑块4和后叶垫块12。螺纹通孔18的外侧有一个同轴的无螺纹孔19，直径略大于螺纹通孔18外径，以便于紧定螺钉的***和安装。为了方便在叶栅风洞试验段内的安装，上栅板1左右两侧共开有九个安装通孔15用于安装两个定距柱13，安装时选择不会与风洞试验段发生干涉的通孔15。

下栅板2的结构如图4和图5所示。下栅板2与上栅板1沿叶片高度中部截面上下镜面对称，故不在此赘述。结合图1所示，两个100mm长的定距柱13一左一右分别通过螺钉14安装在上栅板1和下栅板2两侧,起到连接、固定并控制上下栅板间距的作用。

前叶滑块3如图6和图7所示，为一长方体，高度与前槽20的深度相同，周向尺寸与前槽20相同并构成间隙配合。前叶滑块3沿周向等间距开设有6个贯通的前叶片插槽22，前叶片插槽22的截面与前叶片两端插头一致并构成间隙配合。结合图1所示，四个不测静压的前叶片9通过间隙配合安装于最左侧两个和最右侧两个插槽22；压力面开静压孔的前叶片5和吸力面开静压孔的前叶片6通过间隙配合安装于中间两个插槽22，并且使压力面开静压孔的前叶片5的压力面与吸力面开静压孔的前叶片6的吸力面相对，以测量最中间叶片通道两侧的叶片表面静压。两个前叶滑块3上下对称地安装于上栅板1和下栅板2的前槽20中，安装位置根据实验所需的轴向间距确定。100mm高的前排叶片安装于上述两个前叶滑块3之间，并在装配后通过安装在两个100mm定距柱13两端的螺钉14夹紧固定。

后叶滑块4如图8和图9所示，为一长方体，高度与后槽21的深度相同，轴向尺寸与后槽21相同并构成间隙配合。后叶滑块4沿周向等间距开设有6个贯通的后叶片插槽23，后叶片插槽23的截面与后叶片两端插头一致并构成间隙配合。结合图1所示，四个不测静压的后叶片10通过间隙配合安装于最左侧两个和最右侧两个插槽23；压力面开静压孔的后叶片7和吸力面开静压孔的后叶片8通过间隙配合安装于中间两个插槽23，并且使压力面开静压孔的后叶片7的压力面与吸力面开静压孔的后叶片8的吸力面相对，以测量最中间叶片通道两侧的叶片表面静压。两个后叶滑块4上下对称地安装于上栅板1和下栅板2的后槽21中，安装位置根据实验所需的周向间距确定。100mm高的后排叶片安装于上述两个后叶滑块4之间，并在装配后通过安装在两个100mm定距柱13两端的螺钉14夹紧固定。

压力面开静压孔的前叶片5如图10和图11所示，弦长34.7mm，叶高100mm，进口几何角为55度，出口几何角为32度。叶片上下两端的部分型面分别延伸10毫米形成插头，装配时插进前叶滑块3上的前叶片插槽22进行固定。距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于压力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

吸力面开静压孔的前叶片6如图12和图13所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的前叶片5相同，但在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于吸力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

压力面开静压孔的后叶片7如图14和图15所示，弦长34.7mm，叶高100mm，进口几何角为38度，出口几何角为-8度。后叶片弦长与前叶片相同，弯角是前叶片的两倍，相关研究表明，串列叶栅前后叶的弦长和弯角在上述配置下可以表现出较好的性能。叶片上下两端的部分型面分别延伸10毫米形成插头，装配时插进后叶滑块4上的后叶片插槽23进行固定。在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于压力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

吸力面开静压孔的后叶片8如图16和图17所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的后叶片7相同，但在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于吸力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

不测静压的前叶片9如图18和图19所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的前叶片5相同，但没有叶片表面静压孔以及内部空腔。

不测静压的后叶片10如图20和图21所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的后叶片7相同，但没有叶片表面静压孔以及内部空腔。

前叶垫块11如图22所示，为一长方体，高度与前槽20的深度相同，周向尺寸与前槽20相同并构成间隙配合。在前叶滑块3位置确定后用于填充上栅板1和下栅板2前槽20的剩余空间，并通过安装在前槽20上游侧螺纹孔17的紧定螺钉固定。实验前要根据预先计划的轴向间距准备对应的前叶垫块11。前叶垫块11实际上起到给前叶滑块3定位、固定和减少漏气的作用。

后叶垫块12如图23所示，为一长方体，高度与后槽21的深度相同，轴向尺寸与后槽21相同并构成间隙配合。在后叶滑块4位置确定后用于填充上栅板1和下栅板2后槽21的剩余空间，并通过安装在后槽21两侧螺纹孔18的两个紧定螺钉固定。实验前要根据预先计划的周向间距准备对应的后叶垫块12。后叶垫块12实际上起到给后叶滑块4定位、固定和减少漏气的作用。

定距柱13如图24和图25所示，高度为100mm，与叶片高度同高。定距柱13两端开有螺纹盲孔，用于与螺钉14连接。如图1所示，上栅板1和下栅板2左右两侧共开九个安装通孔15，两个定距柱13一左一右分别通过螺钉14安装在上栅板1和下栅板2两侧,起到连接、固定并控制上栅板1和下栅板2间距的作用。

实验装置的装配过程：

第一步：将四个不测静压的前叶片9的叶根端分别安装于一块前叶滑块3的最左侧两个和最右侧两个插槽22中；将压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6的叶根端安装于该前叶滑块3的中间2个插槽22，并使两个静压孔测量面相对。然后将另一个前叶滑块3安装在上述6个叶片的叶尖端。

第二步：将四个不测静压的后叶片10的叶根端分别安装于一块后叶滑块4的最左侧两个和最右侧两个插槽23中；将压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8的叶根端安装于该后叶滑块4的中间2个插槽23，并使两个静压孔测量面相对。然后将另一个后叶滑块4安装在上述6个叶片的叶尖端。

第三步：将第一步装配好的整体的叶根端前叶滑块3放置在下栅板2的前槽20中，并根据实验计划的轴向间距在槽内调整前叶滑块3的位置，并在剩余空间填充一块或两块预制的前叶垫块11，即如果前叶滑块3在前槽20的一端，只需在另一端填充一块前叶垫块11，如果前叶滑块3在前槽20的中间位置，则两端需各填充一块前叶垫块11。最后用紧定螺钉安装于前槽20上游侧的两个螺纹通孔17中以固定前叶垫块11和前叶滑块3。

第四步：将第二步装配好的整体的叶根端后叶滑块4放置在下栅板2的后槽21中，并根据实验计划的周向间距在槽内调整后叶滑块4的位置，并在剩余空间填充两块预制的后叶垫块12，最后用紧定螺钉安装于后槽21两侧的螺纹通孔18中以固定后叶垫块12和后叶滑块4。

第五步：将叶尖端前叶滑块3和后叶滑块4安装在上栅板1的前槽20和后槽21中，并在前槽20的对称位置填充与第三步相同的前叶垫块11，在后槽21的对称位置填充与第四步相同两块后叶垫块12，最后将两个紧定螺钉安装于前槽20上游侧的螺纹通孔17中以固定前叶垫块11和前叶滑块3；将两个紧定螺钉安装于后槽21两侧的螺纹通孔18中以固定后叶垫块12和后叶滑块4。

第六步：将两个定距柱13的两端分别用螺钉14安装在下栅板2与上栅板1的两侧通孔15之间。如果在后续安装到风洞试验段的过程中定距柱13与试验段部件发生干涉，则可选择另一合适位置的通孔15。

根据预设的轴向间距和周向间距完成对该实验装置的装配之后，将该装置安装到叶栅风洞试验段中进行实验。实验结束后将该装置拆下，需要根据下一步实验方案将串列叶栅的轴向间距或周向间距进行调整。此时需要对实验装置进行部分拆卸、调整和重新安装。

首先将两个定距柱13两端的螺钉14卸下，松开上栅板1和下栅板2对叶片与前叶滑块3和后叶滑块4的夹紧。由于前叶滑块3、前叶垫块11与上栅板1和下栅板2的前槽20是间隙配合，后叶滑块4和后叶垫块12与上栅板1和下栅板2的后槽21也是间隙配合，所以只需要将上栅板1和下栅板2螺纹孔17中的紧定螺钉和螺纹孔18中的紧定螺钉拧松，即可将上栅板1和下栅板2卸下。之后按照下一次实验的轴向间距和周向间距从装配过程的第四步重新开始装配。

实施例2：本实施例是一种压气机串列叶栅实验装置，可以调节串列叶栅的周向间距。

实施例2与实施例1的不同之处在于前叶位置固定，仅可调整后叶的周向位置，故省略了前叶滑块3和前叶垫块11。同时上栅板1和下栅板2没有前槽20，取而代之的是前叶片插槽22；上栅板1和下栅板2也没有用于安装紧定螺钉的螺纹通孔17。

如图26所示，本实施条例提出的一种压气机串列叶栅实验装置包括上栅板1、下栅板2、后叶滑块4、压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6、压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8、不测静压的前叶片9、不测静压的后叶片10、后叶垫块12、定距柱13。本装置整体上沿叶片高度中部截面上下镜面对称，上栅板1和下栅板2通过螺钉14与定距柱13相连接。一个后叶滑块4与两个后叶垫块12分别上下对称地填充上栅板1和下栅板2的后槽21(如图28和图30所示)，并通过如图28和图30所示安装在螺纹孔18的紧定螺钉固定。压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6以及四个不测静压的前叶片9通过间隙配合安装于上栅板1和下栅板2的前叶片插槽22之间；压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8以及四个不测静压的后叶片10通过间隙配合安装于两块后叶滑块4的后叶片插槽23之间。

上栅板1的结构如图27和图28所示。上栅板1厚20mm，在前叶片安装位置沿周向等间距开设有6个贯通的前叶片插槽22，前叶片插槽22的截面与前叶片两端插头一致并构成间隙配合。上栅板1在后叶片安装区域开有一个11mm深的后槽21。如图26所示，后槽21位于前叶片排的下游方向，根据实验对周向间距的要求在槽内对应位置安装后叶滑块4，串列叶栅后叶片排安装于后叶滑块4之上。后槽21的剩余空间用根据实验方案预制的后叶垫块12填充以精确控制后叶滑块4的周向位置并防止漏气。事实上，后叶垫块12的尺寸决定了后叶滑块4的位置，决定了串列叶栅的周向间距。在后槽21的中间区域完全打通栅板，以使如图26所示的中间叶片的静压管16在可调范围内均能伸出栅板。在后槽21的左侧与右侧各有一个螺纹通孔18，用于安装紧定螺钉，以固定后叶滑块4和后叶垫块12。螺纹通孔18的外侧有一个同轴的无螺纹孔19，直径略大于螺纹通孔18外径，以便于紧定螺钉的***和安装。为了方便在叶栅风洞试验段内的安装，上栅板1左右两侧共开有九个安装通孔15用于安装两个定距柱13，安装时选择不会与风洞试验段发生干涉的通孔15。

下栅板2的结构如图29和图30所示。下栅板2与上栅板1沿叶片高度中部截面上下镜面对称，故不在此赘述。结合图26所示，两个100mm长的定距柱13一左一右分别通过螺钉14安装在上栅板1和下栅板2两侧,起到连接、固定并控制上下栅板间距的作用。

后叶滑块4如图8和图9所示，为一长方体，高度与后槽21的深度相同，轴向尺寸与后槽21相同并构成间隙配合。后叶滑块4沿周向等间距开设有6个贯通的后叶片插槽23，后叶片插槽23的截面与后叶片两端插头一致并构成间隙配合。结合图26所示，四个不测静压的后叶片10通过间隙配合安装于最左侧两个和最右侧两个插槽23；压力面开静压孔的后叶片7和吸力面开静压孔的后叶片8通过间隙配合安装于中间两个插槽23，并且使压力面开静压孔的后叶片7的压力面与吸力面开静压孔的后叶片8的吸力面相对，以测量最中间叶片通道两侧的叶片表面静压。两个后叶滑块4上下对称地安装于上栅板1和下栅板2的后槽21中，安装位置根据实验所需的周向间距确定。100mm高的后排叶片安装于上述两个后叶滑块4之间，并在装配后通过安装在两个100mm定距柱13两端的螺钉14夹紧固定。

压力面开静压孔的前叶片5如图10和图11所示，弦长34.7mm，叶高100mm，进口几何角为55度，出口几何角为32度。叶片上下两端的部分型面分别延伸10毫米形成插头，装配时插进上栅板1和下栅板2上的前叶片插槽22进行固定。距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于压力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

吸力面开静压孔的前叶片6如图12和图13所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的前叶片5相同，但在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于吸力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

压力面开静压孔的后叶片7如图14和图15所示，弦长34.7mm，叶高100mm，进口几何角为38度，出口几何角为-8度。后叶片弦长与前叶片相同，弯角是前叶片的两倍，相关研究表明，串列叶栅前后叶的弦长和弯角在上述配置下可以表现出较好的性能。叶片上下两端的部分型面分别延伸10毫米形成插头，装配时插进后叶滑块4上的叶片插槽23进行固定。在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于压力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

吸力面开静压孔的后叶片8如图16和图17所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的后叶片7相同，但在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于吸力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

不测静压的前叶片9如图18和图19所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的前叶片5相同，但没有叶片表面静压孔以及内部空腔。

不测静压的后叶片10如图20和图21所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的后叶片7相同，但没有叶片表面静压孔以及内部空腔。

后叶垫块12如图23所示，为一长方体，高度与后槽21的深度相同，轴向尺寸与后槽21相同并构成间隙配合。在后叶滑块4位置确定后用于填充上栅板1和下栅板2后槽21的剩余空间，并通过安装在后槽21两侧螺纹孔18的两个紧定螺钉固定。实验前要根据预先计划的周向间距准备对应的后叶垫块12。后叶垫块12实际上起到给后叶滑块4定位、固定和减少漏气的作用。

定距柱13如图24和图25所示，高度为100mm，与叶片高度同高。定距柱13两端开有螺纹盲孔，用于与螺钉14连接。如图26所示，上栅板1和下栅板2左右两侧共开九个安装通孔15，两个定距柱13一左一右分别通过螺钉14安装在上栅板1和下栅板2两侧,起到连接、固定并控制上栅板1和下栅板2间距的作用。

实验装置的装配过程：

第一步：将四个不测静压的前叶片9的叶根端分别安装于下栅板2的最左侧两个和最右侧两个插槽22中；将压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6的叶根端安装于下栅板2的中间2个插槽22，并使两个静压孔测量面相对。

第二步：将四个不测静压的后叶片10的叶根端分别安装于一块后叶滑块4的最左侧两个和最右侧两个插槽23中；将压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8的叶根端安装于该后叶滑块4的中间2个插槽23，并使两个静压孔测量面相对。然后将另一个后叶滑块4安装在上述6个叶片的叶尖端。

第三步：将第二步装配好的整体的叶根端后叶滑块4放置在下栅板2的后槽21中，并根据实验计划的周向间距在槽内调整后叶滑块4的位置，并在剩余空间填充两块预制的后叶垫块12，最后用紧定螺钉安装于后槽21两侧的螺纹通孔18中以固定后叶垫块12和后叶滑块4。

第四步：移动之前装配的整体，将前叶片5、6、9的叶尖端和后叶叶尖端的周向滑块4安装在上栅板1的前叶片插槽22和后槽21中，并在后槽21的对称位置填充与第三步相同两块后叶垫块12，最后将两个紧定螺钉安装于后槽21两侧的螺纹通孔18中以固定后叶垫块12和后叶滑块4。

第五步：将两个定距柱13的两端分别用螺钉14安装在下栅板2与上栅板1的两侧通孔15之间。如果在后续安装到风洞试验段的过程中定距柱13与试验段部件发生干涉，则可选择另一合适位置的通孔15。

根据预设的周向间距完成对该实验装置的装配之后，将该装置安装到叶栅风洞试验段中进行实验。实验结束后将该装置拆下，需要根据下一步实验方案将串列叶栅的周向间距进行调整。此时需要对实验装置进行部分拆卸、调整和重新安装。

首先将两个定距柱13两端的螺钉14卸下，松开上栅板1和下栅板2对叶片与后叶滑块4的夹紧。由于后叶滑块4和后叶垫块12与上栅板1和下栅板2的后槽21是间隙配合，所以只需要将上栅板1和下栅板2螺纹孔18中的紧定螺钉拧松，即可将上栅板1和下栅板2从后叶滑块4两端卸下。之后按照下一次实验的周向间距从装配过程的第三步重新开始装配。

实施例3：本实施例是一种压气机串列叶栅实验装置，可以调节串列叶栅的轴向间距。

实施例3与实施例1的不同之处在于后叶位置固定，仅可调整前叶的轴向位置，故省略了后叶滑块4和后叶垫块12。同时上栅板1和下栅板2没有后槽21，取而代之的是前叶片插槽23；上栅板1和下栅板2也没有用于安装紧定螺钉的螺纹通孔17。

如图1所示，本实施条例提出的一种压气机串列叶栅实验装置包括上栅板1、下栅板2、前叶滑块3、压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6、压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8、不测静压的前叶片9、不测静压的后叶片10、前叶垫块11、定距柱13。本装置整体上沿叶片高度中部截面上下镜面对称，上栅板1和下栅板2通过螺钉14与定距柱13相连接。一个前叶滑块3与两个前叶垫块11分别上下对称地填充上栅板1和下栅板2的前槽20(如图3和图5所示)，并通过如图3和图5所示安装在螺纹孔17的紧定螺钉固定。压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6以及四个不测静压的前叶片9安装于两块前叶滑块3的前叶片插槽22之间；压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8以及四个不测静压的后叶片10安装于上栅板1和下栅板2的后叶片插槽23之间。

上栅板1的结构如图2和图3所示。上栅板1厚20mm，开有11mm深的前槽20。如图1所示，前槽20位于风洞的上游方向，根据实验对轴向间距的要求在槽内对应位置安装前叶滑块3，串列叶栅前叶片排安装于前叶滑块3之上。前槽20的剩余空间用根据实验方案预制的前叶垫块11填充以精确控制前叶滑块3的轴向位置并防止漏气。事实上前叶垫块11的尺寸决定了前叶滑块3的位置，也决定了串列叶栅的轴向间距。在前槽20的中间区域完全打通栅板，以使如图1所示的中间叶片的静压管16在可调范围内均能伸出栅板。在前槽20的上游方向有两个螺纹通孔17，用于安装紧定螺钉，以固定前叶滑块3和前叶垫块11。为了方便在叶栅风洞试验段内的安装，上栅板1左右两侧共开有九个安装通孔15用于安装两个定距柱13，安装时选择不会与风洞试验段发生干涉的通孔15。

下栅板2的结构如图4和图5所示。下栅板2与上栅板1沿叶片高度中部截面上下镜面对称，故不在此赘述。结合图1所示，两个100mm长的定距柱13一左一右分别通过螺钉14安装在上栅板1和下栅板2两侧,起到连接、固定并控制上下栅板间距的作用。

前叶滑块3如图6和图7所示，为一长方体，高度与前槽20的深度相同，周向尺寸与前槽20相同并构成间隙配合。前叶滑块3沿周向等间距开设有6个贯通的前叶片插槽22，前叶片插槽22的截面与前叶片两端插头一致并构成间隙配合。结合图1所示，四个不测静压的前叶片9通过间隙配合安装于最左侧两个和最右侧两个插槽22；压力面开静压孔的前叶片5和吸力面开静压孔的前叶片6通过间隙配合安装于中间两个插槽22，并且使压力面开静压孔的前叶片5的压力面与吸力面开静压孔的前叶片6的吸力面相对，以测量最中间叶片通道两侧的叶片表面静压。两个前叶滑块3上下对称地安装于上栅板1和下栅板2的前槽20中，安装位置根据实验所需的轴向间距确定。100mm高的前排叶片安装于上述两个前叶滑块3之间，并在装配后通过安装在两个100mm定距柱13两端的螺钉14夹紧固定。

压力面开静压孔的前叶片5如图10和图11所示，弦长34.7mm，叶高100mm，进口几何角为55度，出口几何角为32度。叶片上下两端的部分型面分别延伸10毫米形成插头，装配时插进前叶滑块3上的前叶片插槽22进行固定。距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于压力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

吸力面开静压孔的前叶片6如图12和图13所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的前叶片5相同，但在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于吸力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

压力面开静压孔的后叶片7如图14和图15所示，弦长34.7mm，叶高100mm，进口几何角为38度，出口几何角为-8度。后叶片弦长与前叶片相同，弯角是前叶片的两倍，相关研究表明，串列叶栅前后叶的弦长和弯角在上述配置下可以表现出较好的性能。叶片上下两端的部分型面分别延伸10毫米形成插头，装配时插进上栅板1和下栅板2上的后叶片插槽23进行固定。在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于压力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

吸力面开静压孔的后叶片8如图16和图17所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的后叶片7相同，但在距叶根10mm和50mm叶高处分别沿弦长方向均匀地开有8个垂直于吸力面的静压孔24，直径为0.4mm，并通过叶片内部直径为0.8mm的空腔25与***空腔25出口端并密封的静压管16引出到外部，通过压力扫描阀可以测得叶片表面静压。

不测静压的前叶片9如图18和图19所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的前叶片5相同，但没有叶片表面静压孔以及内部空腔。

不测静压的后叶片10如图20和图21所示，叶片型面与上述压力面开静压孔的后叶片7相同，但没有叶片表面静压孔以及内部空腔。

前叶垫块11如图22所示，为一长方体，高度与前槽20的深度相同，周向尺寸与前槽20相同并构成间隙配合。在前叶滑块3位置确定后用于填充上栅板1和下栅板2前槽20的剩余空间，并通过安装在前槽20上游侧螺纹孔17的紧定螺钉固定。实验前要根据预先计划的轴向间距准备对应的前叶垫块11。前叶垫块11实际上起到给前叶滑块3定位、固定和减少漏气的作用。

定距柱13如图24和图25所示，高度为100mm，与叶片高度同高。定距柱13两端开有螺纹盲孔，用于与螺钉14连接。如图1所示，上栅板1和下栅板2左右两侧共开九个安装通孔15，两个定距柱13一左一右分别通过螺钉14安装在上栅板1和下栅板2两侧,起到连接、固定并控制上栅板1和下栅板2间距的作用。

实验装置的装配过程：

第一步：将四个不测静压的前叶片9的叶根端分别安装于一块前叶滑块3的最左侧两个和最右侧两个插槽22中；将压力面开静压孔的前叶片5、吸力面开静压孔的前叶片6的叶根端安装于该前叶滑块3的中间2个插槽22，并使两个静压孔测量面相对。然后将另一个前叶滑块3安装在上述6个叶片的叶尖端。

第二步：将四个不测静压的后叶片10的叶根端分别安装于下栅板2的最左侧两个和最右侧两个插槽23中；将压力面开静压孔的后叶片7、吸力面开静压孔的后叶片8的叶根端安装于下栅板2的中间2个插槽23，并使两个静压孔测量面相对。

第三步：将第一步装配好的整体的叶根端前叶滑块3放置在下栅板2的前槽20中，并根据实验计划的轴向间距在槽内调整前叶滑块3的位置，并在剩余空间填充一块或两块预制的前叶垫块11，即如果前叶滑块3在前槽20的一端，只需在另一端填充一块前叶垫块11，如果前叶滑块3在前槽20的中间位置，则两端需各填充一块前叶垫块11。最后用紧定螺钉安装于前槽20上游侧的两个螺纹通孔17中以固定前叶垫块11和前叶滑块3。

第四步：移动之前装配的整体，将叶根端的前叶滑块3和后叶片7、8、10的叶根端安装在上栅板1的前槽20和后叶片插槽23中，并在前槽20的对称位置填充与第三步相同两块后叶垫块12，最后将两个紧定螺钉安装于前槽20前侧的螺纹通孔18中以固定前叶垫块11和前叶滑块3。

第五步：将两个定距柱13的两端分别用螺钉14安装在下栅板2与上栅板1的两侧通孔15之间。如果在后续安装到风洞试验段的过程中定距柱13与试验段部件发生干涉，则可选择另一合适位置的通孔15。

根据预设的轴向间距完成对该实验装置的装配之后，将该装置安装到叶栅风洞试验段中进行实验。实验结束后将该装置拆下，需要根据下一步实验方案将串列叶栅的轴向间距进行调整。此时需要对实验装置进行部分拆卸、调整和重新安装。

首先将两个定距柱13两端的螺钉14卸下，松开上栅板1和下栅板2对叶片与前叶滑块3和后叶片7、8、10的夹紧。由于前叶滑块3、前叶垫块11与上栅板1和下栅板2的前槽20是间隙配合，只需要将上栅板1和下栅板2螺纹孔17中的紧定螺钉拧松，即可将上栅板1和下栅板2从前叶滑块3两端卸下。之后按照下一次实验的轴向间距从装配过程的第三步重新开始装配。

Claims (3)

1.一种压气机串列叶栅实验装置，其特征在于，包括一个上栅板1和一个下栅板2，两块栅板呈平行且间距可调的连接，所述上栅板1上分别开有前槽20和后槽21，下栅板2相应的位置处也开有同样的前槽20和后槽21；两块前叶滑块3分别沿周向等间距开设多个前叶片插槽22，并分别安装于上栅板1和下栅板2的前槽20中，两块后叶滑块4分别沿周向等间距开设同样数目的后叶片插槽23，并分别安装于上栅板1和下栅板2的后槽21中，在槽内移动滑块的轴向或周向位置，剩余空间用垫块填充并固定；待实验的串列叶片分为前后两排，前排叶片的两端分别置于前叶滑块3的前叶片插槽22中，后排叶片的两端分别置于后叶滑块4的后叶片插槽23中，实验前通过在槽内移动滑块的轴向或周向位置，改变串列叶栅实验件前后叶片排的相对位置关系，即实现对轴向间距和周向间距的调整。

2.一种如权利要求1所述的压气机串列叶栅实验装置，其特征在于，所述上栅板1和下栅板2通过两个定距柱13实现平行且间距可调的连接。

3.一种如权利要求1所述的压气机串列叶栅实验装置，其特征在于，所述的前叶片插槽22的个数为4～8个。