轉(zhuǎn)靜軸向間距對(duì)壓氣機(jī)靜子葉片氣流激勵(lì)的影響

汪松柏，張少平，李春松，劉小鳳

(中國(guó)航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院，成都 610500)

1 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)故障中，壓氣機(jī)葉片故障占有相當(dāng)高的比例。葉片故障絕大部分為疲勞所致，主要原因是葉片振動(dòng)應(yīng)力較大和動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)不足，而影響葉片動(dòng)應(yīng)力大小的主要因素是葉片振動(dòng)特性和非定常氣流激振力。因此，保證葉片具有良好的振動(dòng)特性和減小氣流激勵(lì)，是降低葉片動(dòng)應(yīng)力的主要途徑。

現(xiàn)代高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)為減輕質(zhì)量，采用較小的軸向間距設(shè)計(jì)，加劇了葉排間的轉(zhuǎn)靜干涉，導(dǎo)致葉片工作環(huán)境惡劣、動(dòng)應(yīng)力增加，從而引起葉片高周疲勞失效[1-4]。轉(zhuǎn)靜軸向間距作為影響壓氣機(jī)級(jí)間非定常干涉的關(guān)鍵參數(shù)，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。Valkov[5]和Sirakov[6]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于亞聲速壓氣機(jī)，軸向間隙的減小對(duì)總壓比和效率均有一定程度的提升，其原因是尾跡在下游轉(zhuǎn)子通道中恢復(fù)導(dǎo)致?lián)交鞊p失減小。Gorrell[7]發(fā)現(xiàn)，軸向間隙減小，跨聲速壓氣機(jī)的堵塞流量、效率和總壓比都會(huì)相應(yīng)減小，主要是下游轉(zhuǎn)子激波與上游靜子尾跡干涉導(dǎo)致?lián)p失增加。史亞鋒等[8]也得到類似結(jié)論。Clark等[9]研究了轉(zhuǎn)子激波與上游導(dǎo)葉尾跡相互干擾引起的非定?，F(xiàn)象，特別是激波對(duì)靜葉尾緣旋渦以及吸力面邊界層發(fā)展的影響。劉東健等[10]數(shù)值研究了轉(zhuǎn)靜子葉片排軸向間距對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)堵塞及氣動(dòng)性能的影響。上述研究主要關(guān)注了轉(zhuǎn)靜軸向間距對(duì)壓氣機(jī)氣動(dòng)性能的影響，而在壓氣機(jī)的實(shí)際使用和試驗(yàn)中，靜子葉片由于氣流激振導(dǎo)致高周疲勞失效也經(jīng)常發(fā)生[11-14]。為此，有必要研究轉(zhuǎn)靜軸向間距對(duì)壓氣機(jī)靜子葉片非定常氣流激勵(lì)的影響。

關(guān)于轉(zhuǎn)靜干涉下壓氣機(jī)靜子葉片的氣流激勵(lì)問(wèn)題，趙奔等[15]研究了組合多級(jí)壓氣機(jī)中上下游動(dòng)葉尾跡和勢(shì)流對(duì)中間導(dǎo)流葉柵氣流非定常流動(dòng)的同頻和異頻疊加干涉特性；趙軍等[16]研究表明，在壓氣機(jī)靜子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需慎重考慮下游跨聲速轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的非定常氣動(dòng)力對(duì)上游靜葉高周疲勞壽命的影響。但上述研究只考慮了固定軸向間距下靜葉的氣流激勵(lì)，未考慮軸向間距變化的影響。Darbe等[17]研究了單級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉與下游轉(zhuǎn)子軸向間距變化對(duì)導(dǎo)葉表面非定常壓力載荷的影響，但未考慮多級(jí)環(huán)境；胡駿等[18]試驗(yàn)研究了單級(jí)低速軸流壓氣機(jī)中上游轉(zhuǎn)子與下游靜子軸向間距變化對(duì)靜子葉片氣動(dòng)力的影響，由于流動(dòng)為亞聲速，軸向間距變化對(duì)靜葉非定常氣流激勵(lì)的影響較小。

對(duì)于多級(jí)跨聲速壓氣機(jī)靜子葉片的非定常氣流激勵(lì)，下游轉(zhuǎn)子激波和上游轉(zhuǎn)子尾跡的雙重作用會(huì)對(duì)中間靜子葉片產(chǎn)生復(fù)雜的非定常干擾。某跨聲速壓氣機(jī)試驗(yàn)后第二級(jí)靜子葉片出現(xiàn)高周疲勞裂紋問(wèn)題，動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)顯示下游轉(zhuǎn)子激起較高的振動(dòng)應(yīng)力，如何給定合理的轉(zhuǎn)靜軸向間距已成為壓氣機(jī)靜葉高周疲勞設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。本文采用非定常數(shù)值方法模擬某3.5級(jí)跨聲速壓氣機(jī)的三維非定常流場(chǎng)，通過(guò)對(duì)靜子葉片表面非定常壓力波動(dòng)進(jìn)行頻域分析，建立了靜子葉片非定常氣流激勵(lì)與上下游葉片通過(guò)頻率的關(guān)系；重點(diǎn)分析了不同轉(zhuǎn)靜軸向間距對(duì)壓氣機(jī)第二級(jí)靜子葉片表面非定常氣流激勵(lì)的影響規(guī)律。

2 研究對(duì)象及數(shù)值計(jì)算方法

2.1 研究對(duì)象

以某3.5級(jí)跨聲速壓氣機(jī)為研究對(duì)象，非定常計(jì)算域包括5個(gè)導(dǎo)向器通道、4個(gè)一級(jí)轉(zhuǎn)子通道、6個(gè)一級(jí)靜子通道、5個(gè)二級(jí)轉(zhuǎn)子通道、10個(gè)二級(jí)靜子通道、6個(gè)三級(jí)轉(zhuǎn)子通道、10個(gè)三級(jí)靜子通道。網(wǎng)格離散采用IGG/AutoGrid5模塊生成，計(jì)算域網(wǎng)格總節(jié)點(diǎn)數(shù)約為1 200萬(wàn)。采用H-O型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，進(jìn)、出口延伸段均為H型網(wǎng)格，葉片通道為O型網(wǎng)格。葉頂間隙采用蝶形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，間隙內(nèi)網(wǎng)格層數(shù)為9，近壁面第一層網(wǎng)格為10-6m，無(wú)量綱參數(shù)Y+≈1。計(jì)算模型網(wǎng)格如圖1所示。

圖1 數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格Fig.1 Computational meshes

2.2 時(shí)間步長(zhǎng)及邊界條件

采用商用軟件ANSYS_CFX模擬壓氣機(jī)內(nèi)部三維非定常流場(chǎng)，非定常流場(chǎng)計(jì)算以收斂較好的定常計(jì)算結(jié)果作為初場(chǎng)迭代。選取第三級(jí)轉(zhuǎn)子單個(gè)通道旋轉(zhuǎn)所用時(shí)間為一個(gè)周期(T)，每個(gè)周期包含20個(gè)物理時(shí)間步長(zhǎng)，時(shí)間步長(zhǎng)為1.519 76×10-6s。計(jì)算邊界條件：進(jìn)口軸向進(jìn)氣，總溫為288.15 K，總壓為101 325 Pa；出口給定平均靜壓，湍流度為5%；固體邊界采用絕熱壁面、無(wú)滑移邊界條件。湍流模型選取SST模型。定常計(jì)算時(shí)轉(zhuǎn)靜交界面選周向平均的混合平面(Stage)，非定常計(jì)算時(shí)交界面選取動(dòng)靜葉滑移邊界(Transient rotor-stator)。

2.3 轉(zhuǎn)靜軸向間距設(shè)置

動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第二級(jí)靜子葉片較大振動(dòng)應(yīng)力是由下游轉(zhuǎn)子激起的，故本文主要考查該第二級(jí)靜子葉片與下游轉(zhuǎn)子的軸向間距變化對(duì)其非定常氣流激勵(lì)的影響規(guī)律。對(duì)于第二級(jí)靜子葉片與下游轉(zhuǎn)子軸向間距的變化，將原始模型第二級(jí)靜子和第三級(jí)轉(zhuǎn)子交界面后的通道整體平移，在網(wǎng)格劃分時(shí)使其網(wǎng)格數(shù)量與原網(wǎng)格保持一致。對(duì)轉(zhuǎn)靜軸向間距變化作歸一化處理，取無(wú)量綱參數(shù)Δ分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7等5種情況作為算例進(jìn)行分析。參數(shù)Δ定義如下：

式中：L為第二級(jí)靜子葉片尾緣與第三級(jí)轉(zhuǎn)子葉片前緣葉根子午面軸向長(zhǎng)度，B為第二級(jí)靜子根部子午面軸向長(zhǎng)度。壓氣機(jī)子午面外形及參數(shù)定義如圖2所示。

圖2 壓氣機(jī)模型及參數(shù)示意圖Fig.2 Sketch map of compressor and its parameters

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 軸向間距對(duì)氣動(dòng)性能的影響

圖3是采用定常數(shù)值計(jì)算方法得到的5種不同轉(zhuǎn)靜軸向間距下壓氣機(jī)的氣動(dòng)特性圖。從圖中可看出，轉(zhuǎn)靜軸向間距變化對(duì)總壓比和裕度影響較小。隨著轉(zhuǎn)靜軸向間距增大，壓氣機(jī)的絕熱效率先增大后減小，存在一個(gè)絕熱效率最大值。5種轉(zhuǎn)靜軸向間距中，Δ=0.5時(shí)的絕熱效率最大。由于壓氣機(jī)一般工作在高效率點(diǎn)附近，因此下文的非定常計(jì)算分析都是以最大效率工況進(jìn)行。

圖4為第三級(jí)轉(zhuǎn)子和第二級(jí)靜子葉片80%葉高截面的靜壓分布。由圖可知，第三級(jí)轉(zhuǎn)子吸力面30%弦長(zhǎng)位置附近存在激波。從第二級(jí)靜子葉片一個(gè)周期的靜壓波動(dòng)可看出，靜葉表面靜壓波動(dòng)劇烈，前緣主要受上游第二級(jí)轉(zhuǎn)子尾跡的影響，中間至尾緣段受下游第三級(jí)轉(zhuǎn)子激波的影響，且激波產(chǎn)生的靜壓波動(dòng)明顯較尾跡強(qiáng)烈。激波與葉片附面層的相互干擾，是跨聲速壓氣機(jī)流動(dòng)損失的一個(gè)重要來(lái)源。第三級(jí)轉(zhuǎn)子前緣激波與上游靜子葉片附面層的干擾隨軸向間距的增大而減小，導(dǎo)致?lián)p失相應(yīng)減小，這是Δ由0.3增至0.5時(shí)壓氣機(jī)絕熱效率增大的主要原因。隨著轉(zhuǎn)靜軸向間距進(jìn)一步增大，靜子尾跡強(qiáng)度逐漸減弱、寬度增大，尾跡導(dǎo)致的壓力波動(dòng)幅度沿流向隨著轉(zhuǎn)靜軸向間距增大逐漸減弱。從圖5第三級(jí)轉(zhuǎn)子進(jìn)口時(shí)均軸向速度周向分布規(guī)律可知，隨著軸向間距增大，第二級(jí)靜子葉片尾跡波動(dòng)幅度減弱、寬度增加。尾跡軸向速度波動(dòng)幅度減小導(dǎo)致尾跡恢復(fù)數(shù)減小，從而造成壓氣機(jī)性能有所降低，這與文獻(xiàn)[19-20]的研究結(jié)論相一致。可初步認(rèn)為，可能存在一個(gè)最佳的轉(zhuǎn)靜軸向間距，既保證壓氣機(jī)絕熱效率處于較高水平，同時(shí)又使得壓氣機(jī)靜子葉片非定常氣流激勵(lì)相對(duì)較小。

圖4 Δ=0.3時(shí)第三級(jí)轉(zhuǎn)子和第二級(jí)靜子葉片80%葉高截面靜壓分布Fig.4 Static pressure distribution of R3 and S2 for Δ=0.3 at 80%span

圖5 第三級(jí)轉(zhuǎn)子20%和80%葉高進(jìn)口軸向速度的周向分布對(duì)比Fig.5 The mean inlet axial velocity of downstream rotor R3 at 80%and 20%span

3.2 靜子葉片表面壓力載荷頻譜分析

為探究轉(zhuǎn)靜軸向間距對(duì)壓氣機(jī)靜子葉片表面壓力載荷的影響，非定常計(jì)算過(guò)程中，對(duì)不同轉(zhuǎn)靜軸向間距下第二級(jí)靜子葉片80%和20%葉高截面前尾緣表面靜壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖6所示。

圖6 第二級(jí)靜子葉片表面靜壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)Fig.6 Monitoring point positions of static pressure at S2 blade surface

圖7給出了Δ=0.3時(shí)靜子葉片80%葉高前緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)表面靜壓隨時(shí)間變化的頻譜結(jié)果。從圖中可看出，靜子葉片表面壓力載荷受上下游葉排轉(zhuǎn)靜干涉影響波動(dòng)劇烈，下游轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的氣流激勵(lì)頻率幅值約為上游轉(zhuǎn)子的2倍。非定常數(shù)值計(jì)算收斂時(shí)，靜子葉片表面壓力隨時(shí)間周期性波動(dòng)。

圖7 Δ=0.3時(shí)前緣靜壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)域和頻域圖Fig.7 Time and frequency analysis of static pressure at leading edge for Δ=0.3

對(duì)按時(shí)間變化的壓氣機(jī)第二級(jí)靜子葉片表面4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)靜壓進(jìn)行快速傅立葉變換和頻譜分析，其結(jié)果如圖8～圖11所示。

圖8 不同軸向間隙下80%葉高前緣點(diǎn)靜壓頻譜Fig.8 Frequency spectrum analysis of static pressure at 80%span leading edge for different axial spacings

圖9 不同軸向間隙下80%葉高尾緣點(diǎn)靜壓頻譜Fig.9 Frequency spectrum analysis of static pressure at 80%span trailing edge for different axial spacings

圖10 不同軸向間隙下20%葉高前緣點(diǎn)靜壓頻譜Fig.10 Frequency spectrum analysis of static pressure at 20%span leading edge for different axial spacings

圖11 不同軸向間隙下20%葉高尾緣點(diǎn)靜壓頻譜Fig.11 Frequency spectrum analysis of static pressure at 20%span trailing edge for different axial spacings

從圖8、圖9中可看出，對(duì)于80%葉高截面，靜子葉片前、尾緣表面非定常氣流激勵(lì)的主導(dǎo)頻率均為R3-1BPF(R3激起的1倍頻，葉片通過(guò)頻率BPF=(轉(zhuǎn)速/60)×葉片數(shù))，即靜子葉片表面非定常壓力波動(dòng)主要受下游轉(zhuǎn)子的影響，且這種影響可從靜子葉片尾緣傳播至前緣。對(duì)于前緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)，還存在R2-1BPF(R2激起的1倍頻)，其幅值較R3-1BPF的小，即靜子葉片前緣非定常壓力波動(dòng)同時(shí)受到上游轉(zhuǎn)子尾跡和下游轉(zhuǎn)子的影響，氣流激勵(lì)的主導(dǎo)頻率為下游轉(zhuǎn)子的通過(guò)頻率。從尾緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)頻譜看，未見(jiàn)上游第二級(jí)轉(zhuǎn)子的激勵(lì)頻率，說(shuō)明上游轉(zhuǎn)子對(duì)靜子尾緣的氣流激勵(lì)作用較弱。同時(shí)，尾緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)頻譜中可見(jiàn)R3-2BPF成分，這是下游轉(zhuǎn)子前緣激波與上游靜子尾跡干涉形成的高階頻率——文獻(xiàn)[16]中也觀察到類似的高階倍頻成分。從不同轉(zhuǎn)靜軸向間距靜子葉片表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣流激勵(lì)主導(dǎo)頻率(R3-1BPF)幅值看，隨著轉(zhuǎn)靜軸向間距增大，下游轉(zhuǎn)子對(duì)上游靜子葉片的氣流激勵(lì)頻率幅值明顯下降。相較于Δ=0.3，Δ=0.5時(shí)前緣點(diǎn)氣流激勵(lì)幅值下降了19.7%，尾緣點(diǎn)氣流激勵(lì)幅值下降了31.1%；Δ=0.7時(shí)前緣點(diǎn)氣流激勵(lì)幅值下降了26.8%，尾緣點(diǎn)氣流激勵(lì)幅值下降了44.6%。從氣流激勵(lì)幅值與軸向間距的變化規(guī)律看，隨著轉(zhuǎn)靜軸向間距增大，氣流激勵(lì)頻率幅值下降斜率逐漸減小，說(shuō)明一定軸向間距范圍內(nèi)，氣流激勵(lì)強(qiáng)度與轉(zhuǎn)靜軸向間距的敏感性隨軸向間距的增大而減弱。壓氣機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，滿足氣動(dòng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)靜軸向間距，在減小葉片氣流激勵(lì)方面可獲得較大收益。

從圖10、圖11中可看出，對(duì)于20%葉高截面，第二級(jí)靜子葉片前緣表面非定常壓力波動(dòng)的主導(dǎo)頻率為R3-1BPF和R2-1BPF。隨著轉(zhuǎn)靜軸向間距增大，下游第三級(jí)轉(zhuǎn)子對(duì)第二級(jí)靜子葉片前緣表面非定常壓力的影響逐漸減弱，上游第二級(jí)轉(zhuǎn)子對(duì)其的影響基本不變。當(dāng)Δ增大到0.5后，第二級(jí)靜子葉片前緣表面非定常壓力波動(dòng)的主導(dǎo)頻率為R2-1BPF，此時(shí)上游轉(zhuǎn)子對(duì)其氣流激勵(lì)作用最強(qiáng)。同時(shí)，靜子前緣表面非定常壓力波動(dòng)頻譜中出現(xiàn)了R2-2BPF成分——文獻(xiàn)[18]一級(jí)低速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)中下游靜子葉片前緣也出現(xiàn)了類似的高階頻率成分，這是由于尾跡和勢(shì)流造成氣動(dòng)參數(shù)不均勻形成。第二級(jí)靜子葉片尾緣表面非定常壓力波動(dòng)的主導(dǎo)頻率為R3-1BPF，其幅值隨軸向間距的增大而減小。由于下游轉(zhuǎn)子低葉高區(qū)無(wú)激波，第二級(jí)靜子葉片尾緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)靜壓波動(dòng)頻譜中不存在高階倍頻現(xiàn)象。從不同轉(zhuǎn)靜軸向間距主導(dǎo)頻率(R3-1BPF)幅值看，相較于Δ=0.3，Δ=0.5時(shí)前緣點(diǎn)氣流激勵(lì)幅值下降了33.1%，尾緣點(diǎn)氣流激勵(lì)幅值下降了48.1%；Δ=0.7時(shí)前緣點(diǎn)氣流激勵(lì)幅值下降了53.5%，尾緣點(diǎn)氣流激勵(lì)幅值下降了66.1%。從靜子葉片4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣流激勵(lì)頻譜規(guī)律看，當(dāng)下游轉(zhuǎn)子工作在跨聲速工況時(shí)，會(huì)對(duì)上游靜子葉片產(chǎn)生較強(qiáng)的非定常氣流激勵(lì)，其激勵(lì)范圍可傳播至上游靜子前緣，需要特別慎重的抗高周疲勞設(shè)計(jì)。

3.3 靜子葉片表面壓力波動(dòng)對(duì)比

圖12 80%葉高截面靜壓云圖Fig.12 Contour of static pressure at 80%span section

圖12為Δ=0.3、0.5、0.7三個(gè)典型方案第二級(jí)靜子葉片在上下游轉(zhuǎn)子作用下80%葉高截面一個(gè)周期內(nèi)的靜壓分布情況。可看出，葉片尾緣明顯受到下游第三級(jí)轉(zhuǎn)子前緣激波的影響，導(dǎo)致表面靜壓波動(dòng)劇烈。下游轉(zhuǎn)子前緣激波從上游靜子尾緣吸力面向前緣傳播，隨第三級(jí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)被下一個(gè)靜子尾緣切割后，下部分激波在靜葉壓力面?zhèn)刃纬蓧毫Σ〝_動(dòng)并向上游前緣方向傳播，傳播方向與主流方向相反，壓力波強(qiáng)度逐漸減弱。隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)壓力面?zhèn)榷际艿较虏糠旨げǖ臄_動(dòng)；吸力面?zhèn)仁芗げㄖ苯幼饔茫o壓波動(dòng)較大。同時(shí)，靜子葉片前緣吸力面?zhèn)却嬖诿黠@的低壓區(qū)，這是由于尾跡/勢(shì)流產(chǎn)生的擾動(dòng)，對(duì)吸力面的影響區(qū)域可達(dá)50%弦長(zhǎng)位置。上游轉(zhuǎn)子尾跡/勢(shì)流和下游轉(zhuǎn)子前緣激波的雙重作用導(dǎo)致靜子葉片吸力面靜壓變化較大，其波動(dòng)較壓力面的劇烈。隨著轉(zhuǎn)靜軸向間距增大，Δ=0.5和Δ=0.7時(shí)下游轉(zhuǎn)子前緣激波對(duì)上游靜子葉片表面靜壓的影響減小，靜子葉片表面壓力波動(dòng)明顯減弱。

圖13 80%葉高截面靜壓的時(shí)空?qǐng)D對(duì)比Fig.13 Comparison of pulsatile stator blade surface static pressure distribution at 80%span section

圖13為Δ=0.3和Δ=0.7時(shí)第二級(jí)靜子葉片80%葉高截面表面非定常壓力波動(dòng)的時(shí)空?qǐng)D。圖中，LE、TE分別表示葉片的前緣和尾緣；PS、SS分別表示葉片壓力面和吸力面；Δp/p0表示瞬時(shí)靜壓波動(dòng)值，其中Δp為瞬時(shí)靜壓值與一個(gè)周期內(nèi)時(shí)均值之差，目的是消除時(shí)均值以反映流場(chǎng)中的非定常壓力波動(dòng)。從圖13(a)中可以看出，靜子葉片在上下游葉排轉(zhuǎn)靜干涉下表面非定常壓力波動(dòng)劇烈，吸力面波動(dòng)幅值約為壓力面的2倍。吸力面?zhèn)仁芟掠无D(zhuǎn)子前緣激波的直接作用，中部弦長(zhǎng)位置波動(dòng)最強(qiáng)烈。同時(shí)，吸力面?zhèn)让黠@可見(jiàn)上游轉(zhuǎn)子尾跡/勢(shì)流和下游轉(zhuǎn)子前緣激波交替作用形成的低、高壓區(qū)，二者的共同作用導(dǎo)致吸力面非定常壓力載荷波動(dòng)強(qiáng)烈。壓力面?zhèn)葔毫d荷波動(dòng)主要是切割后的下部分激波向上游傳播所致，其壓力載荷波動(dòng)幅值較激波直接作用弱。當(dāng)軸向間距增大到Δ=0.7時(shí)，靜子葉片表面非定常壓力波動(dòng)情況較Δ=0.3的明顯減弱，且吸力面波動(dòng)幅值與壓力面的基本相當(dāng)，此時(shí)靜子葉片氣流激勵(lì)強(qiáng)度明顯減弱。

綜合上述不同轉(zhuǎn)靜軸向間距方案下跨聲速壓氣機(jī)氣動(dòng)性能和第二級(jí)靜子葉片表面壓力非定常氣流激勵(lì)分析，可以認(rèn)為存在一個(gè)最佳轉(zhuǎn)靜軸向間距，既滿足壓氣機(jī)絕熱效率處于較高水平，又使得壓氣機(jī)靜子葉片非定常氣流激勵(lì)相對(duì)較小。針對(duì)本文研究的5種轉(zhuǎn)靜軸向間距模型，認(rèn)為該跨聲速壓氣機(jī)第二級(jí)靜子與第三級(jí)轉(zhuǎn)子葉排間軸向間距Δ=0.5時(shí)最佳。壓氣機(jī)葉片設(shè)計(jì)過(guò)程中，葉排間轉(zhuǎn)靜軸向間距的選擇須綜合考慮氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)及振動(dòng)等各方面的影響。

4 結(jié)論

通過(guò)數(shù)值方法模擬了3.5級(jí)跨聲速壓氣機(jī)的三維非定常流場(chǎng)，分析了轉(zhuǎn)靜軸向間距對(duì)壓氣機(jī)靜子葉片非定常氣流激勵(lì)的影響。主要結(jié)論如下：

(1) 壓氣機(jī)靜子葉片非定常氣流激勵(lì)主導(dǎo)激勵(lì)源為下游轉(zhuǎn)子，下游轉(zhuǎn)子前緣激波產(chǎn)生的壓力波動(dòng)較上游轉(zhuǎn)子尾跡的強(qiáng)烈，是引起靜子葉片非定常氣動(dòng)載荷劇烈變化的主要原因；靜子葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下游轉(zhuǎn)子引起的氣流激勵(lì)因素。

(2) 存在一個(gè)最佳轉(zhuǎn)靜軸向間距，既滿足壓氣機(jī)級(jí)效率處于較高水平，同時(shí)又使得壓氣機(jī)靜子葉片氣流激勵(lì)相對(duì)較??；一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增加軸向間距，在降低由下游轉(zhuǎn)子引起的靜子葉片氣流激勵(lì)方面可獲得較大收益。