0.6 m連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞軸流壓縮機(jī)布局方案研究

陳吉明, 雷鵬飛, 廖達(dá)雄, 鄭 娟, 叢成華, 王儀田

(1. 南京航空航天大學(xué)航空學(xué)院 非定?？諝鈩?dòng)力學(xué)與流動(dòng)控制工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210016; 2. 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 設(shè)備設(shè)計(jì)及測(cè)試技術(shù)研究所, 四川 綿陽 621000; 3. 西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司, 西安 710075)

0 引 言

風(fēng)洞試驗(yàn)是飛行器設(shè)計(jì)過程中不可缺少的一部分。隨著飛行器的發(fā)展，未來先進(jìn)飛行器對(duì)高速風(fēng)洞提出了新的要求?？偟囊笫牵猴L(fēng)洞試驗(yàn)段尺寸大、雷諾數(shù)模擬能力強(qiáng)、單次穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長、試驗(yàn)運(yùn)行效率高、速壓變化范圍寬、風(fēng)洞控制和數(shù)據(jù)測(cè)量精準(zhǔn)度高、試驗(yàn)技術(shù)特別是涉及大飛機(jī)飛行安全和飛行品質(zhì)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)技術(shù)配套等。因此，為解決我國急需發(fā)展的先進(jìn)飛行器研制問題，除了提高現(xiàn)有風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)量精度和改進(jìn)試驗(yàn)技術(shù)外，還須建立大型連續(xù)式跨超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)備，以解決飛行器風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M能力和精細(xì)化模擬等問題[1-3]。

連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞主要依靠軸流式壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而風(fēng)洞主要性能和流場指標(biāo)需要先進(jìn)的風(fēng)洞壓縮機(jī)才能實(shí)現(xiàn)，因此風(fēng)洞壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)是風(fēng)洞研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。國外先進(jìn)的大型跨聲速風(fēng)洞有美國NASA蘭利16英尺跨聲速風(fēng)洞、TDT風(fēng)洞、NTF風(fēng)洞、AEDC-16T風(fēng)洞、BTWT風(fēng)洞、歐洲ETW風(fēng)洞、日本2 m×2 m跨聲速風(fēng)洞及法國S1風(fēng)洞等。由于各風(fēng)洞設(shè)計(jì)參數(shù)不同，其壓縮機(jī)布局和方案也不一樣，其中TDT、NTF、BTWT、ETW等風(fēng)洞主壓縮機(jī)布置于風(fēng)洞第二拐角段之后;美國NASA蘭利16英尺跨聲速風(fēng)洞、日本2 m×2 m跨聲速風(fēng)洞及法國S1風(fēng)洞等壓縮機(jī)布置于風(fēng)洞第一、二拐角段之間。壓縮機(jī)的位置布局和方案布局需要根據(jù)風(fēng)洞的實(shí)際需要來綜合考慮。

中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的0.6 m連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞(以下簡稱0.6 m風(fēng)洞)設(shè)計(jì)方案為采用干燥空氣作為試驗(yàn)介質(zhì)的低噪聲變密度的連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞(如圖1所示)。試驗(yàn)段截面尺寸為0.6 m×0.6 m，馬赫數(shù)范圍為0.2～1.6，穩(wěn)定段總壓pt為(0.05～2.50)×105Pa，總溫為273～323 K,設(shè)計(jì)流場指標(biāo)優(yōu)于國內(nèi)跨超聲速風(fēng)洞，與目前國際上公認(rèn)的流場品質(zhì)最好的歐洲ETW風(fēng)洞相當(dāng)[4]。

0.6 m風(fēng)洞作為大型連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞的引導(dǎo)風(fēng)洞，其研制的主要目的是解決大型連續(xù)式風(fēng)洞設(shè)計(jì)與運(yùn)行等關(guān)鍵技術(shù)問題，驗(yàn)證風(fēng)洞總體及軸流壓縮機(jī)等關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，針對(duì)該目的已進(jìn)行了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究[5-8]。該風(fēng)洞動(dòng)力系統(tǒng)配置主、輔2個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)。主壓縮機(jī)用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)洞主回路氣流流動(dòng)，具有壓比高、變工況范圍廣和調(diào)節(jié)精度高等特點(diǎn)，采用軸流壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；輔壓縮機(jī)用于驅(qū)動(dòng)駐室抽氣系統(tǒng)氣流流動(dòng)，由于駐室抽氣系統(tǒng)回路對(duì)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)范圍等要求相對(duì)較寬松，故輔壓縮機(jī)設(shè)計(jì)采取了較為常規(guī)的離心式壓縮機(jī)方案[9]。主壓縮機(jī)總體布局、壓縮機(jī)性能和風(fēng)洞運(yùn)行特性的匹配是0.6 m風(fēng)洞壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文基于0.6 m連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞的研制，對(duì)大型跨聲速風(fēng)洞主壓縮機(jī)的位置布局和方案布局進(jìn)行研究。

圖1 0.6 m連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞輪廓圖

1 壓縮機(jī)位置布局

根據(jù)連續(xù)式高速風(fēng)洞的整體布局，設(shè)計(jì)中通常將壓縮機(jī)段放置于第二拐角段下游。一方面，壓縮機(jī)無論從上游還是下游均距試驗(yàn)段較遠(yuǎn)，可以減小壓縮機(jī)噪聲對(duì)試驗(yàn)段流場品質(zhì)的影響；另一方面，壓縮機(jī)段來流速度適中，且來流截面速度分布也可以設(shè)計(jì)得比較均勻，有利于壓縮機(jī)設(shè)計(jì)。0.6 m風(fēng)洞作為大型連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞的引導(dǎo)風(fēng)洞，需要與大型風(fēng)洞壓縮機(jī)布局方案具有一致性和相似性。

從氣動(dòng)上來看，壓縮機(jī)布置于第二拐角段之后，上游距試驗(yàn)段較遠(yuǎn)，壓縮機(jī)前傳噪聲(對(duì)試驗(yàn)段流場品質(zhì)影響較大)能夠得到較好的控制，因此對(duì)壓縮機(jī)噪聲的要求較低；驅(qū)動(dòng)軸僅穿過第二拐角，流動(dòng)損失相對(duì)較小。當(dāng)壓縮機(jī)布置于第一、二拐角段之間時(shí)，上游距試驗(yàn)段較近，噪聲對(duì)試驗(yàn)段影響較大，需要對(duì)壓縮機(jī)噪聲進(jìn)行嚴(yán)格控制；另外，第一、二拐角段均有驅(qū)動(dòng)軸穿過，且壓縮機(jī)尾錐必須穿過第二拐角段，2個(gè)拐角段的流動(dòng)損失均有不同程度的增大。

從結(jié)構(gòu)上來看，一方面，大型連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率很大，對(duì)電機(jī)的要求較高，單臺(tái)大功率電機(jī)研制難度很大，需要多臺(tái)電機(jī)并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)計(jì)；另一方面，壓縮機(jī)主軸需要傳遞的扭矩很大。對(duì)于跨聲速風(fēng)洞，隨著試驗(yàn)段尺寸的增大，壓縮機(jī)的尺寸也會(huì)等比例增大，在保證壓縮機(jī)葉尖圓周速度不變的前提下，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速將逐漸減小，而壓縮機(jī)流通的質(zhì)量流量與試驗(yàn)段尺寸的平方成正比，相應(yīng)的功率也與試驗(yàn)段尺寸的平方成正比，因此壓縮機(jī)扭矩將與試驗(yàn)段尺寸的三次方成正比。如美國AEDC-16T風(fēng)洞最大功率達(dá)到210 MW，由4個(gè)電機(jī)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為600 r/min，主軸傳遞的最大扭矩至少在3000 kN·m以上。當(dāng)壓縮機(jī)布置在第二拐角段后時(shí)，需要多個(gè)電機(jī)串聯(lián)，由一端驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)主軸與電機(jī)主軸之間的聯(lián)軸器需要傳遞所有的扭矩，提高了聯(lián)軸器的研制難度和成本。而把壓縮機(jī)布置在第一、二拐角段之間時(shí)，可以將電機(jī)分布于壓縮機(jī)段兩端，由兩端對(duì)拖驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)兩端分別與電機(jī)連接，降低了聯(lián)軸器的研制難度和成本。例如，NASA蘭利16英尺跨聲速風(fēng)洞、日本2 m×2 m跨聲速風(fēng)洞及法國S1風(fēng)洞(圖2)等均采用了這種布局方案。

圖2 法國S1連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞示意圖

綜上所述，壓縮機(jī)放置在第二拐角段后，有利于風(fēng)洞的氣動(dòng)性能，但需考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度和研制成本。鑒于大型連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞超大型電機(jī)、驅(qū)動(dòng)長軸和聯(lián)軸器等研制中可能存在的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，確定壓縮機(jī)布局于第一、二拐角段之間的方案，因此在0.6 m風(fēng)洞設(shè)計(jì)中也將壓縮機(jī)放置于第一、二拐角段之間。該方案在國內(nèi)首次采用，對(duì)壓縮機(jī)方案設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)與風(fēng)洞一體化設(shè)計(jì)、電機(jī)布局及同步控制等技術(shù)提出了嚴(yán)格的要求。

2 壓縮機(jī)方案布局

當(dāng)壓縮機(jī)選擇布置于風(fēng)洞的第一和第二拐角段之間、驅(qū)動(dòng)電機(jī)采取兩端對(duì)拖方案時(shí)，壓縮機(jī)布局可以采用雙軸驅(qū)動(dòng)和單軸驅(qū)動(dòng)2種布置方案，如圖3所示。單軸方案設(shè)計(jì)采取2個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一臺(tái)3級(jí)軸流壓縮機(jī)(圖3(a))；雙軸方案設(shè)計(jì)將壓縮機(jī)分為2段，由2臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，為了平衡2臺(tái)壓縮機(jī)功率，需要將每段壓縮機(jī)設(shè)計(jì)為2級(jí)軸流壓縮機(jī)(圖3(b))。2種布局在氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)和控制上各有利弊。

(a) 單軸方案示意圖

(b) 雙軸方案示意圖

2.1 氣動(dòng)性能

風(fēng)洞壓縮機(jī)的氣動(dòng)性能包括3部分：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子段的氣動(dòng)性能、非旋轉(zhuǎn)部件的氣動(dòng)性能、壓縮機(jī)對(duì)前后洞體氣動(dòng)性能的影響。非旋轉(zhuǎn)部件一般包括壓縮機(jī)入口段、出口擴(kuò)壓段(和可能存在的平直段)，以及支撐片和壓縮機(jī)防護(hù)裝置等；壓縮機(jī)對(duì)前后洞體氣動(dòng)性能的影響主要體現(xiàn)在拐角段的損失和流場的不均勻性。

單軸方案與常規(guī)的軸流壓縮機(jī)類似，壓縮機(jī)一般布置于第一、二拐角段之間的中間位置，保證結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱。但從氣動(dòng)性能來看，需要將壓縮機(jī)向第一拐角段靠近，保證壓縮機(jī)最后一級(jí)葉片出口至第二拐角段入口具有足夠長的距離，使流道逐漸擴(kuò)張，從而減小穿過第二拐角的尾錐直徑，降低第二拐角段的流動(dòng)損失。

雙軸方案類似于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的高、低壓壓氣機(jī)，合理匹配2段壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速有利于氣動(dòng)性能的提高。然而，由于風(fēng)洞壓縮機(jī)壓比較低，單級(jí)壓比一般不高于1.2，2段壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速匹配對(duì)氣動(dòng)性能的提高作用并不明顯，同時(shí)還增大了壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的難度，因此雙軸方案一般采用2段壓縮機(jī)同步驅(qū)動(dòng)。從圖3(b)可以看出，2段壓縮機(jī)之間具有較長的平直段及支撐片，主要是為了給支撐軸承保留空間，這導(dǎo)致了流動(dòng)損失的增大。2段壓縮機(jī)之間支撐軸承的存在，增大了壓縮機(jī)段的長度。在保持第一、二拐角段距離不變的情況下，壓縮機(jī)出口至第二拐角段入口的擴(kuò)壓段長度較短，尾錐穿過第二拐角時(shí)的直徑較大，增大了第二拐角段的損失。

從壓縮機(jī)級(jí)數(shù)上來看，雙軸方案要求2段壓縮機(jī)級(jí)數(shù)相同，以保持2個(gè)電機(jī)輸出功率平衡，因此總級(jí)數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。若總級(jí)數(shù)為4級(jí)，則級(jí)數(shù)較多，應(yīng)用于跨聲速風(fēng)洞時(shí)(最大壓比超過了1.6，根據(jù)試驗(yàn)段最大馬赫數(shù)確定)，單級(jí)最大壓比過低，不利于壓縮機(jī)氣動(dòng)性能的提高，氣動(dòng)性能相對(duì)于單軸3級(jí)方案沒有優(yōu)勢(shì)。若總級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)為2級(jí)，則每段壓縮機(jī)僅有1級(jí)，單級(jí)壓比高，壓縮機(jī)段長度短，氣動(dòng)性能相對(duì)于單軸3級(jí)方案具有一定的優(yōu)勢(shì)?？缏曀亠L(fēng)洞設(shè)計(jì)點(diǎn)一般位于高亞聲速區(qū)域(Ma=0.8～1.0)，設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率和最高馬赫數(shù)的喘振裕度是相互矛盾的2個(gè)參數(shù)，設(shè)計(jì)中需要折中考慮，對(duì)壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況范圍要求較高。然而，軸流壓縮機(jī)穩(wěn)定工況范圍隨著單級(jí)壓比的增大而逐漸減小，因此采用2級(jí)方案無形中提高了壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的難度。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)上主要考慮軸系穩(wěn)定性、可維護(hù)性、建造經(jīng)濟(jì)性等方面。單軸方案與雙軸方案的綜合性能比較見表1。單軸方案轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較為緊湊，支撐軸承數(shù)和整體零件數(shù)等較少，有利于減小風(fēng)洞短軸尺寸，降低建造成本，提高可維護(hù)性；雙軸方案具有2個(gè)轉(zhuǎn)子，需要的支撐數(shù)量較多，零部件也較多，建造成本較高，可維護(hù)性較差。

表1 0.6 m風(fēng)洞主壓縮機(jī)雙軸方案與單軸方案比較

2.3 控制精度

單軸方案對(duì)2臺(tái)電機(jī)的同步性要求較高，雙軸方案可不要求電機(jī)的同步性，但考慮到降低氣動(dòng)設(shè)計(jì)難度和提高可操作性，一般也要求電機(jī)同步控制。電機(jī)同步控制的主要難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)同一轉(zhuǎn)速精度控制和主從控制的運(yùn)行模式，以及轉(zhuǎn)速控制精度達(dá)到靜態(tài)偏差小于0.03%的目標(biāo)[10]。

在0.6 m風(fēng)洞壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，為滿足輸出轉(zhuǎn)矩高、頻率分辨率高、轉(zhuǎn)速的靜態(tài)偏差小和2臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行等需求，設(shè)計(jì)了具備電流矢量控制及速度閉環(huán)控制的變頻方案，采取由完全獨(dú)立的2臺(tái)變頻器通過主、從機(jī)的同步通訊來保證雙電機(jī)的轉(zhuǎn)速及功率平衡的措施，以及利用全數(shù)字化電機(jī)矢量控制技術(shù)，解決了電機(jī)的同步控制，并保證了0.03%的轉(zhuǎn)速控制精度。

3 壓縮機(jī)與風(fēng)洞的一體化設(shè)計(jì)

在連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞中，電機(jī)功率較大，必須將電機(jī)置于風(fēng)洞外，這樣電機(jī)長軸需要穿過拐角導(dǎo)流片，帶來了長軸與拐角、整流罩與拐角的氣流干擾，導(dǎo)致拐角損失增加、壓縮機(jī)入口流場畸變度增大、氣動(dòng)性能降低，嚴(yán)重時(shí)可能誘發(fā)拐角段流動(dòng)分離和壓縮機(jī)喘振，對(duì)風(fēng)洞流場品質(zhì)造成不利影響。因此，壓縮機(jī)和拐角一體化設(shè)計(jì)問題在風(fēng)洞設(shè)計(jì)中十分重要。一方面，需要對(duì)非旋轉(zhuǎn)部段進(jìn)行氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，如電機(jī)軸的整流、尾錐設(shè)計(jì)等；另一方面，需要在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮入口的非均勻來流特點(diǎn)并進(jìn)行優(yōu)化，使壓縮機(jī)適應(yīng)特定的畸變進(jìn)氣條件。

美國蘭利中心的NTF風(fēng)洞和16英尺跨聲速風(fēng)洞壓縮機(jī)整流罩采用“L”型布局設(shè)計(jì)，歐洲ETW風(fēng)洞壓縮機(jī)采用了長軸軸套和壓縮機(jī)尾部進(jìn)行整流的方案，均很好地兼顧了風(fēng)洞與壓縮機(jī)性能的匹配，同時(shí)還通過對(duì)壓縮機(jī)輪轂直徑、槳轂比、整流罩型面以及風(fēng)洞拐角導(dǎo)流片性能的研究，成功解決了壓縮機(jī)軸套整流、整流部件減阻、壓縮機(jī)與風(fēng)洞性能匹配等關(guān)鍵問題。這些研究對(duì)跨聲速風(fēng)洞建設(shè)起到了重要的推動(dòng)作用。

0.6 m風(fēng)洞主壓縮機(jī)設(shè)計(jì)布置于第一、二拐角段之間，壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)長軸必須穿過第一、二拐角段及其導(dǎo)流片，這對(duì)壓縮機(jī)通道優(yōu)化及其內(nèi)流部件整流減阻技術(shù)均提出了較大挑戰(zhàn)。另外，為縮短風(fēng)洞短軸尺寸，降低風(fēng)洞建設(shè)成本，同時(shí)也為縮短壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)長軸尺寸以避開驅(qū)動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速，0.6 m風(fēng)洞主壓縮機(jī)及其整流罩布局形式參照美國NASA蘭利16英尺跨聲速風(fēng)洞壓縮機(jī)整流罩，即采用“L”型布局方案使壓縮機(jī)尾罩延伸至第二拐角段下游位置(見圖3(a))。

另外，對(duì)壓縮機(jī)長軸軸套也做了必要的整流處理，圖4所示為0.6 m風(fēng)洞第一拐角段壓縮機(jī)軸套整流裝置示意圖。經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算，在常壓試驗(yàn)Ma=0.9工況，當(dāng)?shù)谝还战嵌螞]有電機(jī)長軸穿過時(shí)氣流總壓損失約為1300 Pa；增加長軸而不設(shè)置整流裝置時(shí)壓力損失約為1800 Pa；設(shè)置整流裝置后壓力損失約為1600 Pa?？梢?，增加長軸對(duì)壓力損失影響較大，對(duì)其做一定整流處理后壓力損失明顯降低，隨后在風(fēng)洞試驗(yàn)調(diào)試過程中也證實(shí)了這一結(jié)論。

圖4 0.6 m風(fēng)洞第一拐角段軸套整流裝置示意圖

圖5為第一拐角段處壓縮機(jī)軸套整流時(shí)對(duì)稱面總壓分布云圖。由圖可知在拐角段外側(cè)總壓(pt)損失較大，內(nèi)側(cè)與整流前幾乎保持一致，說明壓縮機(jī)入口流場不僅存在徑向的不均勻性，還存在較為嚴(yán)重的周向不均勻性；同時(shí)，在軸套整流入口處存在較小的駐渦，該駐渦位于軸套前部，對(duì)后部的影響不大。通過多種工況的數(shù)值模擬比較，可知第一、二拐角段通過軸套整流裝置與拐角導(dǎo)流片的配合設(shè)計(jì)，有效降低了拐角氣流分離程度，驗(yàn)證了0.6 m風(fēng)洞壓縮機(jī)長軸整流裝置設(shè)計(jì)的可行性和合理性。

圖5 壓縮機(jī)軸套整流時(shí)對(duì)稱面總壓分布云圖

4 壓縮機(jī)性能調(diào)試

壓縮機(jī)性能調(diào)試目的是獲取壓縮機(jī)防喘振邊界和安全運(yùn)行區(qū)間，同時(shí)測(cè)試壓縮機(jī)壓升、流量、功率、溫升、噪聲、多變效率和轉(zhuǎn)速控制精度等[11-15]。0.6 m風(fēng)洞主壓縮機(jī)具有二維工況調(diào)節(jié)手段，即同時(shí)具有變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和變靜葉角度調(diào)節(jié)2種方式。

首先，進(jìn)行了不同靜葉角調(diào)試。為保證安全和簡化操作，壓縮機(jī)調(diào)試選取了46°、60°、66°、72°和76°共5個(gè)靜葉角度。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著壓縮機(jī)靜葉角度的增大，壓縮機(jī)的氣流流量逐漸增大，相同轉(zhuǎn)速下的壓比也顯著增加，特別是2500 r/min以上高轉(zhuǎn)速區(qū)，趨勢(shì)更為明顯，這與壓縮機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果吻合良好。

圖6給出了主壓縮機(jī)靜葉角為66°時(shí)的實(shí)測(cè)性能曲線。由圖可知，最高壓比超過1.7，設(shè)計(jì)點(diǎn)(Ma=0.9，進(jìn)氣壓力0.25 MPa，進(jìn)口狀態(tài)容積流量4760 m3/min，進(jìn)出口壓比1.17)位置落在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速2000～2500 r/min的范圍內(nèi)，不超過2500 r/min轉(zhuǎn)速時(shí)，設(shè)計(jì)點(diǎn)的進(jìn)口流量和壓比完全滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

圖6 主壓縮機(jī)測(cè)試性能曲線(靜葉角66°)

壓縮機(jī)在同一轉(zhuǎn)速下的多變效率，自最佳效率點(diǎn)到阻塞點(diǎn)呈逐漸下降的趨勢(shì)。由圖6可知，設(shè)計(jì)點(diǎn)多變效率應(yīng)在A和B點(diǎn)之間。經(jīng)A、B點(diǎn)多變效率及設(shè)計(jì)點(diǎn)的多變效率插值，可知在增壓情況和66°靜葉角狀態(tài)，轉(zhuǎn)速2500 r/min測(cè)試點(diǎn)及設(shè)計(jì)點(diǎn)的多變效率約為81.5%，滿足不低于80.79%的設(shè)計(jì)要求。

其次，開展了不同進(jìn)氣壓力和不同進(jìn)氣溫度T0時(shí)的壓縮機(jī)性能調(diào)試試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在相同轉(zhuǎn)速和靜葉角下，主壓縮機(jī)常壓、增壓、降速壓狀態(tài)下喘振點(diǎn)幾乎重合，可見在該壓縮機(jī)工作進(jìn)氣壓力范圍內(nèi)，其氣動(dòng)性能受進(jìn)氣壓力變化的影響可忽略不計(jì)；不同進(jìn)氣溫度對(duì)壓縮機(jī)喘振邊界的影響符合多變過程的溫度修正規(guī)律(ε=ε0×(T0/T)0.3333)。此外，經(jīng)調(diào)試，主壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度滿足0.03%的設(shè)計(jì)要求。

通過壓縮機(jī)與風(fēng)洞的聯(lián)合調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了主壓縮機(jī)2臺(tái)電機(jī)同步控制；風(fēng)洞總體性能達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)技術(shù)要求，主要指標(biāo)參數(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。壓縮機(jī)性能與風(fēng)洞總體性能的匹配性良好，驗(yàn)證了0.6 m風(fēng)洞壓縮機(jī)與風(fēng)洞一體化設(shè)計(jì)方案的可行性。

5 結(jié) 論

0.6 m風(fēng)洞軸流壓縮機(jī)設(shè)計(jì)綜合考慮了大型連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞建設(shè)可能存在的技術(shù)問題，所采取的將壓縮機(jī)布置于第一和第二拐角段之間的方案、電機(jī)外置和單軸兩端驅(qū)動(dòng)方案、多臺(tái)電機(jī)同步控制方案以及壓縮機(jī)內(nèi)流道整流技術(shù)方案，經(jīng)調(diào)試結(jié)果證明是科學(xué)可行的。壓縮機(jī)運(yùn)行性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求，不僅為0.6 m連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞實(shí)現(xiàn)總體性能指標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，而且為我國大型連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞的壓縮機(jī)研制提供了指導(dǎo)和依據(jù)。