葉輪機(jī)械非定常流動(dòng)的特點(diǎn)和具體的分類

1、葉輪機(jī)械非定常流動(dòng)的特點(diǎn)和具體的分類 2-1 旋轉(zhuǎn)分離(或旋轉(zhuǎn)失速)現(xiàn)象當(dāng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變而空氣流量減少時(shí)，就會(huì)引其葉片攻角增加?？諝饬髁繙p少到一定程度既能觀察到壓氣機(jī)內(nèi)的非定常流動(dòng)現(xiàn)象。此時(shí)壓氣機(jī)發(fā)出低沉的隆隆聲并且振動(dòng)增大。其流動(dòng)特點(diǎn)是在一部分葉片槽道內(nèi)氣體流動(dòng)速度比穩(wěn)定工況時(shí)流動(dòng)速度要低得多，甚至?xí)霈F(xiàn)倒流。這個(gè)低速流動(dòng)區(qū)一般稱之為失速分離區(qū)。它以某一旋轉(zhuǎn)速度u沿動(dòng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)方向傳播。這種流動(dòng)現(xiàn)象是壓氣機(jī)中最常見(jiàn)的一種不穩(wěn)定工況-旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。 旋轉(zhuǎn)失速時(shí)在動(dòng)葉-工作輪后測(cè)得的速度分布如圖所示。 一、旋轉(zhuǎn)失速流動(dòng)機(jī)理分離失速區(qū)相對(duì)于葉片排旋轉(zhuǎn)的原因可以作如下解釋：當(dāng)壓氣機(jī)空氣流量減少而使葉

2、片排進(jìn)氣攻角增大到一定程度時(shí)，因?yàn)閬?lái)流小的擾動(dòng)或葉片排的加工誤差，促使某幾個(gè)葉片比其余葉片首先產(chǎn)生繞流分離。由于氣流分離，流動(dòng)損失增大，靜壓升下降，不能再保持這幾個(gè)葉片周圍正常的氣體流動(dòng)。這就產(chǎn)生了如圖22中陰影部分所示的明顯氣流堵塞或流量減少的區(qū)域。這個(gè)受阻滯的氣流區(qū)使周圍的流動(dòng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而引起左方相鄰葉片進(jìn)口氣流攻角增大，并造成分離。與此同時(shí)，右方相鄰葉片的進(jìn)氣攻角則減小并解除分離，因而分離區(qū)相對(duì)于葉片排向轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的反方向移動(dòng)。分離區(qū)可以包括幾個(gè)葉片通道。分離區(qū)的大小和強(qiáng)弱取決于空氣流量節(jié)流程度和葉片排的幾何參數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到分離區(qū)相對(duì)于動(dòng)葉的移動(dòng)速度低于動(dòng)葉的旋轉(zhuǎn)速度(移動(dòng)速度)。因

3、此，分離區(qū)相對(duì)于絕對(duì)坐標(biāo)系是沿動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)的。通過(guò)對(duì)分離區(qū)移動(dòng)機(jī)理的分析，可以看出不論葉片排是靜止的或是轉(zhuǎn)動(dòng)的，都會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。從實(shí)驗(yàn)研究中也確實(shí)現(xiàn)察到在平面葉柵風(fēng)洞或環(huán)形葉柵風(fēng)洞中都會(huì)出現(xiàn)葉輪機(jī)械中常見(jiàn)的非定常流動(dòng)現(xiàn)象一旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。 分離區(qū)組成：圖2-2 分離區(qū)傳播示意圖A-葉片旋轉(zhuǎn)方向；B- 分離失速區(qū)傳播方向（相對(duì)于葉柵）由于分離區(qū)以一定的速度傳播，使每個(gè)葉片承受周期性的氣動(dòng)負(fù)荷。這周期性氣動(dòng)負(fù)荷給葉片一個(gè)周期性激振力。如果只有一個(gè)分離區(qū)，它的激振頻率就是分離區(qū)的旋轉(zhuǎn)頻率。若激振頻率與葉片的自振頻率相吻合，就會(huì)使葉片產(chǎn)生共振，可能造成葉片折裂損壞。因此，在研究旋轉(zhuǎn)分離現(xiàn)象時(shí)，

4、分離區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度是它的重要特征參數(shù)之一。只要能確定分離區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度和分離區(qū)的數(shù)目，就能夠?yàn)閴簹鈾C(jī)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供避免發(fā)生葉片共振的參考數(shù)據(jù)。 二、旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的分類根據(jù)試驗(yàn)研究觀察到的流動(dòng)特征和性能參數(shù)變化情況，旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象基本上可分為兩大類：漸進(jìn)型和突變型。此外，在旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象發(fā)展過(guò)程中還能出現(xiàn)一種稱之為“亂分離”的失速現(xiàn)象。這種現(xiàn)象往往出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)失速發(fā)生之前，或是發(fā)生在二類旋轉(zhuǎn)失速轉(zhuǎn)化過(guò)程中。 1-空氣入口 2-壓氣機(jī)(17級(jí)) 3-燃油 4-燃燒室 5-渦輪(3級(jí)) 6-噴管渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)原理簡(jiǎn)圖靜葉動(dòng)葉靜葉動(dòng)葉在多級(jí)壓氣機(jī)的前幾級(jí)，或輪轂比d比較小的單級(jí)壓氣機(jī)中，由于葉片較長(zhǎng)，一般首先

5、出現(xiàn)漸進(jìn)型的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。分離區(qū)大多首先出現(xiàn)在葉尖處(在個(gè)別的壓氣機(jī)中，首先出現(xiàn)在葉根處。視葉片形狀和設(shè)計(jì)工況下扭向規(guī)律而定)。然后隨著流量逐步減少，分離區(qū)數(shù)目逐步增加，分離區(qū)范圍逐步向葉高方向擴(kuò)展。圖2-3中給出了典型的級(jí)特性。由圖可見(jiàn)，當(dāng)出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)失速工況時(shí)， 。 隨空氣流量減少而逐漸下降。在圖23右面給出了葉片根、中、尖三截面上流量(密流)隨時(shí)間的變化曲線。在葉尖處，空氣流量的脈動(dòng)很大，而在葉根處空氣流量則基本上不隨時(shí)間變化。 說(shuō)明旋轉(zhuǎn)失速首先出現(xiàn)在葉尖處。隨著流量的進(jìn)一步減少，分離區(qū)的數(shù)目逐漸增多(最多可達(dá)十多個(gè)，但隨著分離區(qū)數(shù)目的增多，其模型的穩(wěn)定性減弱。在同一節(jié)流流量下，

6、分離區(qū)數(shù)目往往隨時(shí)間可增加或減少一、二個(gè))。分離區(qū)的范圍也逐漸向葉根方向發(fā)展，增壓比也隨著進(jìn)一步降低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，漸進(jìn)型旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 增壓比隨流量的減少而逐漸下降，等轉(zhuǎn)速線上沒(méi)有間斷點(diǎn)；分離區(qū)數(shù)目隨空氣流量減少而逐漸增加，并分離區(qū)向葉高方向的范圍逐步擴(kuò)展；分離區(qū)旋轉(zhuǎn)速度不隨分離區(qū)數(shù)目的增加而變化。漸進(jìn)型旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 圖2-3 具有漸進(jìn)型旋轉(zhuǎn)失速工況的壓氣機(jī)級(jí)特性和葉根、中、尖處的密流隨時(shí)間變化曲線在大輪轂比的壓氣機(jī)級(jí)中，當(dāng)流量減少到一定程度時(shí)，往往出現(xiàn)在整個(gè)葉高上分離的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。這是一種突變型的旋轉(zhuǎn)失速。在突變型的旋轉(zhuǎn)失速情況下，分離區(qū)數(shù)目一般不會(huì)太多。只

7、有個(gè)或二個(gè)。圖2-4給出了發(fā)生突變型旋轉(zhuǎn)失速的壓氣機(jī)特性。由圖可見(jiàn)，當(dāng)發(fā)生突變型旋轉(zhuǎn)失速時(shí)增壓系數(shù)H急劇下降，在等轉(zhuǎn)速線上有間斷點(diǎn)。特性線明顯地分為右上支和左下支，并且出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象。這種現(xiàn)象就是：在減少流量使壓氣機(jī)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速時(shí)，壓氣機(jī)的等轉(zhuǎn)速特性線從右支的A點(diǎn)直接跳到左支的B點(diǎn)。 為了使壓氣機(jī)退出旋轉(zhuǎn)失速工況，打開(kāi)節(jié)氣閥增大流量，當(dāng)流量增大到相應(yīng)于B點(diǎn)的流量時(shí)，壓氣機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象仍然繼續(xù)存在。只有在更大的流量，即相應(yīng)于圖2-4中的C點(diǎn)以后，旋轉(zhuǎn)失速才消失。這時(shí)工作點(diǎn)從特性線的左下支C點(diǎn)跳到右上支的D點(diǎn)。壓氣機(jī)重新恢復(fù)穩(wěn)定工況。這種遲滯現(xiàn)象和物理學(xué)上的磁滯歸線相類似，它是突變型旋轉(zhuǎn)式失速的

8、一個(gè)特征現(xiàn)象。 圖2-4 具有突變型旋轉(zhuǎn)失速工況的壓氣機(jī)特性及在葉尖、葉根處密流隨時(shí)間的變化曲線突變失速氣動(dòng)力變化特點(diǎn)：在突變型旋轉(zhuǎn)失速工況下，葉片所受的氣動(dòng)激振負(fù)荷要比在漸進(jìn)型旋轉(zhuǎn)失速工況下所受的氣動(dòng)激振負(fù)荷大得多，壓氣機(jī)振動(dòng)也大。所以，它是一種更危險(xiǎn)的不穩(wěn)定流動(dòng)工況。壓氣機(jī)應(yīng)當(dāng)避免在這種工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。在嚴(yán)重的突變型旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象中，分離區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)氣體的倒流。其流動(dòng)圖案如圖2-5所示。 圖2-5 在具有倒流的突變型旋轉(zhuǎn)失速工況下轉(zhuǎn)子出口截面處的速度分布圖 突變型失速后果：不僅使葉片所承受的交變氣動(dòng)力增大，從而容易引起葉片斷裂；由于壓縮增溫后的氣體通過(guò)葉片排倒流到壓氣機(jī)進(jìn)口處，又一次經(jīng)過(guò)葉片排再一

9、次壓縮增溫，這樣反復(fù)往來(lái)的氣流使壓氣機(jī)中某些區(qū)域的溫度大大地增高，特別是加功量大的級(jí)中，這種氣流溫升會(huì)使葉片燒蝕造成嚴(yán)重事故。在多級(jí)壓氣機(jī)中，由于后幾級(jí)產(chǎn)生突變型旋轉(zhuǎn)失速，尤其帶有大容腔的加力燃燒室，突變型旋轉(zhuǎn)失速可能成為引起全臺(tái)壓氣機(jī)強(qiáng)烈喘振的重要因素。 演變過(guò)程：在中等輪毅比的壓氣機(jī)中，當(dāng)空氣流量逐步減小時(shí)，首先會(huì)產(chǎn)生漸進(jìn)型旋轉(zhuǎn)失速工況，隨著流量進(jìn)一步減小在壓氣機(jī)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生突變型旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。圖2-6表示在等轉(zhuǎn)速下節(jié)流進(jìn)氣流量的過(guò)程中出現(xiàn)二種不同類型旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的單級(jí)壓氣機(jī)的典型特性。 圖2-6 中等輪轂比單級(jí)壓氣機(jī)特性曲線在葉片的葉型彎角比較小的壓氣機(jī)級(jí)或單轉(zhuǎn)子中，逐漸減少流量時(shí)，在產(chǎn)生旋

10、轉(zhuǎn)失速工況之前，在一個(gè)相當(dāng)寬的流量節(jié)流范圍內(nèi) (圖27，A至B段)動(dòng)葉后產(chǎn)生脈動(dòng)壓力增大的現(xiàn)象，每個(gè)葉片上均存在分離，但不形成旋轉(zhuǎn)的分離失速區(qū)(團(tuán))。此時(shí)的平均級(jí)壓比基本上不減少或減少甚微。這種流動(dòng)現(xiàn)象稱之為“亂分離”現(xiàn)象。亂分離工況下的壓力脈動(dòng)示波圖和特性曲線表示在圖27上。在這種工況下壓氣機(jī)運(yùn)行的聲響比穩(wěn)定工況下有所增大，聲音變尖，但比旋轉(zhuǎn)失速工況下的聲響要溫和。亂分離問(wèn)題（葉片彎曲程度小）：應(yīng)當(dāng)指出，這種亂分離現(xiàn)象僅在葉型彎角很小的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子中才能發(fā)現(xiàn)。在葉型彎角大的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子中很難出現(xiàn)(甚至可認(rèn)為不可能出現(xiàn))這種亂分離現(xiàn)象。在研究葉型彎角對(duì)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的這種流動(dòng)現(xiàn)象對(duì)今

11、后推遲旋轉(zhuǎn)失速產(chǎn)生的研究工作會(huì)有一定的指導(dǎo)意義。原因：因這種亂分離現(xiàn)象不會(huì)給葉片以周期性的氣動(dòng)激振力，因而葉片斷裂或疲勞斷裂的可能性大為減小。 （在英美的文獻(xiàn)資料中也曾說(shuō)及到：在旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)展過(guò)程中以及在旋轉(zhuǎn)失速類型轉(zhuǎn)變的過(guò)過(guò)渡過(guò)程中也出現(xiàn)這種流動(dòng)現(xiàn)象）。 圖2 - 7 壓氣機(jī)特性曲線上不同工況下對(duì)應(yīng)的壓力和速度值隨時(shí)間變化的示波圖）從穩(wěn)定性角度分類：從發(fā)動(dòng)機(jī)使用的觀點(diǎn)，可以把發(fā)動(dòng)機(jī)的不穩(wěn)定現(xiàn)象分為可自行恢復(fù)的失速現(xiàn)象和不可恢復(fù)的失速現(xiàn)象即“懸掛失速” (Stagnation Stall)二種。懸掛失速現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)引起嚴(yán)重的后果。美國(guó)F100發(fā)動(dòng)機(jī)由于出現(xiàn)懸掛失速來(lái)不及采取緊急措施造成F15和

12、F16飛機(jī)的毀機(jī)事故 。懸掛失速是一種壓氣機(jī)的失速現(xiàn)象。這種失速現(xiàn)象本身與壓氣機(jī)進(jìn)行單獨(dú)研究時(shí)出現(xiàn)的突變型旋轉(zhuǎn)失速是相一致的，它們之間的不同處在于進(jìn)行壓氣機(jī)部件試驗(yàn)時(shí)，壓氣機(jī)所需的動(dòng)力是單獨(dú)供給的，只要改變動(dòng)力裝置功率或減低出口反壓就能退出失速工況。 而在發(fā)動(dòng)機(jī)上，壓氣機(jī)的動(dòng)力由渦輪提供，而渦輪是被先在壓氣機(jī)內(nèi)增壓的空氣，然后在燃燒室中加熱形成的燃?xì)怛?qū)動(dòng)的。因此，渦輪的功率在很大程度上決定于壓氣機(jī)增壓比的大小和效率的高低(當(dāng)尾噴口面積T3不變時(shí))。當(dāng)壓氣機(jī)內(nèi)出現(xiàn)突變型旋轉(zhuǎn)失速時(shí)，其增壓比和效率急劇下降，因而使發(fā)動(dòng)機(jī)推力下降，渦輪的功率下降(即轉(zhuǎn)速下降)。此時(shí)，如果加大供油量，渦輪的富余功率基本

13、上不增加或趨于零，不能使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加。這樣，壓氣機(jī)也就無(wú)法退出失速狀態(tài)。如果不關(guān)車，就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)部件過(guò)熱燃蝕或由于失速振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而使葉片斷裂。近年來(lái)，美國(guó)F100發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)使用中經(jīng)常出現(xiàn)懸掛失速，在發(fā)生前沒(méi)有明顯的預(yù)兆，因此很難預(yù)估或防止。到目前為止，裝有F100發(fā)動(dòng)機(jī)的F15飛機(jī)小發(fā)生了15次嚴(yán)重事故。根據(jù)累積的飛行試驗(yàn)資料，在F15和F16飛機(jī)上產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛失速的區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)在飛行包線的左上角，即高空低速區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，加力燃燒室不易起動(dòng)，而且難以保存穩(wěn)定燃燒。因此會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)火不及時(shí)或有時(shí)熄火的現(xiàn)象。有時(shí)還會(huì)由于主燃燒室來(lái)的高溫燃?xì)馐垢挥突鞖庾员c(diǎn)燃引起加力燃燒室內(nèi)的壓力脈動(dòng)。 這

14、種壓力脈動(dòng)通過(guò)外涵管道傳至風(fēng)扇和高壓壓氣機(jī)進(jìn)口，引起風(fēng)扇和高壓壓氣機(jī)的失速，特別是高壓壓氣機(jī)內(nèi)的突變型失速據(jù)報(bào)道F100發(fā)動(dòng)機(jī)大約有四分之三的懸掛失速是這樣引起的。另一個(gè)原因是當(dāng)飛機(jī)以大的飛行攻角爬升時(shí)，由于F16飛機(jī)的重心在氣動(dòng)力中心之后，產(chǎn)生一個(gè)上仰力矩，促使飛機(jī)攻角超過(guò)90。，這就引起發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口嚴(yán)重的氣流畸變而造成發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛失速。其它諸如尾噴管操作、燃油供給控制等亦能引起發(fā)動(dòng)機(jī)的懸掛失速。在懸掛失速狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不穩(wěn)定的氣流脈動(dòng)，推力下降，發(fā)動(dòng)機(jī)本身振動(dòng)增大。當(dāng)駕駛員想用加大油門來(lái)消除這種不穩(wěn)定流動(dòng)工況時(shí)，但發(fā)動(dòng)機(jī)推力卻不見(jiàn)增加，而渦輪前溫度不斷升高，甚至?xí)^(guò)最大允許值。根據(jù)測(cè)量記

15、錄，低壓禍輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟瓤沙^(guò)5380C，然而轉(zhuǎn)速卻停滯不前。駕駛員碰到這種飛行狀態(tài)時(shí)，必須迅速關(guān)閉油門，被迫進(jìn)行空中停車。然后設(shè)法進(jìn)行空中再起動(dòng)來(lái)消除懸掛失速。在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中防止或減少懸掛失速的具體措施是：(1)延長(zhǎng)風(fēng)扇后的內(nèi)外涵道的分流環(huán)。這是一項(xiàng)主要的改進(jìn)。分流環(huán)直延伸到離第三級(jí)風(fēng)扇葉片后緣約10mm處。因?yàn)橥ㄟ^(guò)外涵道進(jìn)入高壓壓氣機(jī)進(jìn)口的加力燃燒室內(nèi)的壓力脈動(dòng)是引起懸掛失速的主要原因，所以加長(zhǎng)內(nèi)外涵道分流環(huán)長(zhǎng)度能有效地降低懸掛失速的發(fā)生率。(2)改進(jìn)燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)。整體式燃油調(diào)節(jié)器中有一個(gè)自動(dòng)燃油供應(yīng)滯遲裝置，用于減少加力燃燒室接通或切斷加力狀態(tài)時(shí)的壓力脈動(dòng)值。 (3)修改發(fā)動(dòng)機(jī)電子調(diào)

16、節(jié)系統(tǒng)(實(shí)際上是一個(gè)電子計(jì)算機(jī))，使它能精確地調(diào)整渦輪的溫度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、壓氣機(jī)靜止葉片的角度。此系統(tǒng)感受的訊號(hào)是失速即將發(fā)生時(shí)的高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2和風(fēng)扇排氣溫度T與其正常值的比值。發(fā)動(dòng)機(jī)電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)將信號(hào)輸送給整體式燃油控制器中的“火箭火焰”(Rocket Fire)函數(shù)器，它能及時(shí)降低燃油流量，改變可調(diào)靜子葉片的安裝角和增大尾噴管噴口面積來(lái)降低風(fēng)扇的反壓以解除即將產(chǎn)生的失速。 除上述三項(xiàng)改進(jìn)措施外，為了在萬(wàn)一出現(xiàn)懸掛失速被迫空中停車時(shí)，保證再起動(dòng)的可靠性，采用了氣動(dòng)霧化噴油的燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)。它能在6000m以下的高度把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速帶轉(zhuǎn)到25額定轉(zhuǎn)速，從而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能。三、旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)

17、象的特征參數(shù)表示旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的特征參數(shù)有：分離失速區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度uz，分離失速區(qū)的區(qū)數(shù)Nz，分離失速區(qū)的寬度Lz，分離失速區(qū)的強(qiáng)度以及旋轉(zhuǎn)失速的類別等。影響這些特征參數(shù)和旋轉(zhuǎn)失速發(fā)展過(guò)程的因素是很多的。（1）壓氣機(jī)的幾何參數(shù)，包括葉片的安裝角、葉型彎角、葉片排稠度 (bt)、葉型、葉片沿徑向的扭向規(guī)律、葉片排之間的軸向間隙和輪毅比d等。另一部分則是（2）壓氣機(jī)的氣動(dòng)參數(shù)，它包括氣流進(jìn)氣攻角i、進(jìn)口氣流的紊流度、進(jìn)口壓力和溫度畸變、空氣流量節(jié)流的動(dòng)態(tài)過(guò)程(俗稱節(jié)流速率)，甚至環(huán)壁附面層、雷諾數(shù)以及流程容積大小和蓄能多少等也能影響旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)展進(jìn)程。 由于影響因素種類繁多，可能還與隨機(jī)因素有關(guān)，因而

18、要想建立旋轉(zhuǎn)失速特征參數(shù)和壓氣機(jī)的幾何參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)之間的定量關(guān)系，目前還是一個(gè)非常困難的課題。但經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究還是得到一些規(guī)律性的結(jié)果。例如:1)分離失速區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度uz正比于動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)的圓周速度u(在葉柵風(fēng)洞中研究旋轉(zhuǎn)失速時(shí)不用這比值，而是用uz/c1u)。2)分離失速區(qū)的寬度反比于壓氣機(jī)節(jié)流時(shí)的空氣流量。3)在出現(xiàn)漸進(jìn)型旋轉(zhuǎn)失速時(shí)，分離失速區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度與分離失速區(qū)的區(qū)數(shù)無(wú)關(guān) 4)在出現(xiàn)突變型旋轉(zhuǎn)失速時(shí)，壓氣機(jī)等轉(zhuǎn)速特性線上有間斷點(diǎn)，并在等轉(zhuǎn)速特性線上出現(xiàn)消除失速時(shí)的流量大于產(chǎn)生失速時(shí)流量的遲滯歸線。5)當(dāng)減小動(dòng)葉、導(dǎo)流葉片、整流葉片之間的軸向矩離時(shí)，分離失速區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度下降。6)在出現(xiàn)

19、突變型旋轉(zhuǎn)失速時(shí)，能夠現(xiàn)察到氣體從后徘葉片向前排葉片流動(dòng)的倒流現(xiàn)象。在部分實(shí)驗(yàn)研究中還得到以下結(jié)論：1)當(dāng)減少葉片的相對(duì)稠度時(shí)，就不產(chǎn)生多個(gè)分離失速區(qū)的漸進(jìn)型旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。這意味著可能存在著一個(gè)稠度極限值，當(dāng)小于這個(gè)極限值時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。2)安裝角的大小對(duì)分離失速區(qū)的旋轉(zhuǎn)速度影響不大。3)進(jìn)口導(dǎo)向葉片的存在，以及導(dǎo)向葉片與動(dòng)葉片之間的軸向距離對(duì)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的發(fā)展和它的特征參數(shù)有較大的影響。4)相對(duì)輪毅d對(duì)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的發(fā)展有很大的影響。四、進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象研究的試驗(yàn)設(shè)備分類為了闡明旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的發(fā)展過(guò)程，及其特征參數(shù)之間的相互關(guān)系，在世界范圍內(nèi)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究的設(shè)備是多

20、種多樣的。為便于了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況，分類列舉如下：1)在平面葉柵和環(huán)形葉柵上研究旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的有：文獻(xiàn)3作的環(huán)形葉柵風(fēng)洞試驗(yàn)；文獻(xiàn)4和5進(jìn)行的平面葉柵風(fēng)洞試驗(yàn)。這些試驗(yàn)證實(shí)了分離失速區(qū)移動(dòng)的機(jī)理和方便的測(cè)得了分離失速區(qū)的形狀。近幾年美國(guó)攝制了流體力學(xué)示教電影，把在平面葉柵中發(fā)生的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的氣體流動(dòng)結(jié)構(gòu)攝制成影片進(jìn)行形象教學(xué)。2)在單轉(zhuǎn)子或不帶進(jìn)口導(dǎo)流葉片排的單級(jí)壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象研究。文獻(xiàn)6，7，8，9都做過(guò)單轉(zhuǎn)子試驗(yàn)；文獻(xiàn)5，9，10，11等做過(guò)單級(jí)壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究。這些文獻(xiàn)的作者從各種不同的角度來(lái)研究旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象；有些研究壓氣機(jī)幾何參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的

21、影響；有些研究旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展過(guò)程及其規(guī)律；有些研究失速產(chǎn)生前后氣體繞流葉片的流動(dòng)情況，希望由此預(yù)示旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生。3)在帶有進(jìn)口導(dǎo)向葉片排的單級(jí)壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失速研究的有文獻(xiàn)12，13，14，15，16，17和18等。單級(jí)壓氣機(jī)試驗(yàn)除進(jìn)行上述第二類設(shè)備的試險(xiǎn)項(xiàng)目外，還進(jìn)行進(jìn)出口葉片排之間軸向距離、進(jìn)口預(yù)旋對(duì)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象影響的研究。4)在多級(jí)壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象研究的有：三級(jí)短葉片壓氣機(jī)試驗(yàn)研究19，五級(jí)跨聲速壓氣機(jī)試驗(yàn)研究20。它們除研究旋轉(zhuǎn)失速在多級(jí)壓氣機(jī)上的發(fā)生發(fā)展過(guò)程外，還研究特性的多值性，不同工況(轉(zhuǎn)速)下前后級(jí)流動(dòng)情況變化規(guī)律等。應(yīng)該指山，上述大量試驗(yàn)設(shè)備中僅

22、有一、二個(gè)試驗(yàn)臺(tái)是進(jìn)行高速壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象研究的。其余絕大多數(shù)進(jìn)行低速(不可壓)的機(jī)理研究。高速不穩(wěn)定工況試驗(yàn)研究有一定的破壞性，試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)難度也較大。目前國(guó)際上雖然仍有不少研究者還在對(duì)低速旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象進(jìn)行更仔細(xì)的研究，但是多數(shù)研究人員轉(zhuǎn)向研究進(jìn)口畸變對(duì)壓氣機(jī)性能(包括旋轉(zhuǎn)失速性能)的影響。另一方面，一些研究人員主張進(jìn)行高轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的研究，其主要目的是想探索壓縮性、沖波結(jié)構(gòu)、沖波和環(huán)壁及葉片表面附面層之間的相互干擾等因素對(duì)旋轉(zhuǎn)失速性能的影響，期望能獲得更加符合實(shí)際流動(dòng)的物理模型，以便最后從理論上預(yù)示壓氣機(jī)中不穩(wěn)定工況的發(fā)生和預(yù)估其特征參數(shù)數(shù)值的大小2-2 葉輪機(jī)械的喘振現(xiàn)象定義

23、：喘振是指氣體微團(tuán)的壓力、速度、溫度等物理量的脈動(dòng)沿壓氣機(jī)的軸向方向傳播，此時(shí)進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣流量在每一個(gè)流程截面上均隨時(shí)間而變化。喘振現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅和壓氣機(jī)本身的氣動(dòng)參數(shù)和幾何參數(shù)有關(guān)。而且和整個(gè)壓氣機(jī)流程的容積有關(guān)。喘振的氣流脈動(dòng)頻率直接取決于容積的大小，容積越大則脈動(dòng)頻率越低。喘振現(xiàn)象的嚴(yán)重程度還與壓氣機(jī)流程內(nèi)氣體的能量大小(蓄能)有直接關(guān)系。 因此，高增壓比的壓氣機(jī)中一旦發(fā)生喘振現(xiàn)象，有可能把整個(gè)機(jī)器毀于瞬間，它的破壞能力亦大。從流動(dòng)的物理本質(zhì)來(lái)分析，雖然旋轉(zhuǎn)失速和喘振是二種并不相同的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象，但是二者在壓氣機(jī)不穩(wěn)定工況發(fā)展過(guò)程中有密切的聯(lián)系?？梢哉J(rèn)為旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象是喘振現(xiàn)象的前湊

24、和重要的起因。但并不能認(rèn)為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象后一定會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。喘振現(xiàn)象的產(chǎn)生還有其它一些充分條件。（1） 喘振流動(dòng)現(xiàn)象的物理解釋 在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速后，當(dāng)壓氣機(jī)的進(jìn)氣流量進(jìn)一步減小時(shí)，壓氣機(jī)流程內(nèi)某一級(jí)或某幾級(jí)內(nèi)的渦流區(qū)擴(kuò)大，把大部分或全部葉片槽道堵塞住，這時(shí)前面的氣體流不進(jìn)來(lái)，于是使進(jìn)入壓氣機(jī)的氣體流量瞬時(shí)中斷。但與此同時(shí)，由于壓氣機(jī)的動(dòng)葉繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，后面各壓氣機(jī)級(jí)繼續(xù)鼓風(fēng)，促使中間級(jí)流道內(nèi)造成“相對(duì)負(fù)壓”，使前面幾級(jí)的渦流區(qū)吸到壓氣機(jī)末端，這樣迎面的空氣又進(jìn)入壓氣機(jī)內(nèi)。但這時(shí)進(jìn)來(lái)的氣流軸向速度C1a仍然小于設(shè)計(jì)值很多，因此在葉背上又重復(fù)發(fā)生分離和出現(xiàn)渦流區(qū)。這樣，在壓氣機(jī)的工作過(guò)程中，就出現(xiàn)了

25、流動(dòng)、分離、中斷、然后再流動(dòng)、再分離、再中斷周期性的基本上沿軸向的氣流脈動(dòng)現(xiàn)象。這種氣流脈動(dòng)能引起壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速和功率不穩(wěn)定。-這種流動(dòng)現(xiàn)象就是壓氣機(jī)的喘振。后果：當(dāng)壓氣機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，機(jī)體劇烈震動(dòng)，排氣溫度升高，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，甚至?xí)ɑ鹱詣?dòng)停車，若不立即退出喘振，會(huì)引起壓氣機(jī)葉片、渦輪葉片和燃燒室部件振裂或高溫?zé)g，造成重大故障。因而在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作過(guò)程中是不允許壓氣機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。尤其是具有高增壓比壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，喘振的破壞性更為嚴(yán)重 二、喘振現(xiàn)象的分類 根據(jù)喘振前和喘振過(guò)程中存在旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，以及喘振時(shí)氣流脈動(dòng)的強(qiáng)弱，可以將喘振分為以下兩種：1）突變失速型喘振 舉下列實(shí)驗(yàn)為例來(lái)說(shuō)明這種喘振

26、現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)十六圾亞音速軸流壓氣機(jī)上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速為設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的50。壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)包話一個(gè)大的進(jìn)氣穩(wěn)壓箱和一個(gè)大容腔的出口排氣收集器。喘振時(shí)的壓強(qiáng)和流量脈動(dòng)如圖2-8所示。圖注符號(hào)；Pc在失速邊界點(diǎn)上壓氣機(jī)的總壓升； (Ps)2由于喘振引起的出口總壓脈動(dòng)的波幅；P1壓氣機(jī)進(jìn)口處的總壓； (Ps)1由于喘振引起的進(jìn)口總壓脈動(dòng)的波幅；VVV脈動(dòng)波幅除以由風(fēng)速儀測(cè)得的密流平均值。 由圖可見(jiàn)喘振時(shí)氣體參數(shù)脈動(dòng)頻率比只存在旋轉(zhuǎn)失速時(shí)的氣流脈動(dòng)頻率低得多，約為lHz左右。由于存在著大的流程容腔，所以不穩(wěn)定工況一般是以帶有突變型旋轉(zhuǎn)失速的喘振現(xiàn)象出現(xiàn)的。這時(shí)空氣流量和壓強(qiáng)的脈動(dòng)比較大，壓氣機(jī)的振動(dòng)也大

27、，一般能使壓氣機(jī)遭到破壞性的損壞。當(dāng)壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的流程容積很小時(shí)，在50設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速之下沒(méi)有觀察到喘振現(xiàn)象。根據(jù)測(cè)得的示波圖可以得知此時(shí)存在著突變型旋轉(zhuǎn)失速。這時(shí)之所以不發(fā)生喘振，是因?yàn)榱鞒倘莘e不大，出現(xiàn)突變型旋轉(zhuǎn)失速以后，氣體壓強(qiáng)在流程內(nèi)能較快地得到調(diào)整，促使壓氣機(jī)內(nèi)軸向的流量脈動(dòng)減弱，或者不發(fā)生縱向脈動(dòng)。（圖2-8 帶有大容積收集器的16級(jí)軸流壓氣機(jī)在50設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下喘振時(shí)熱絲風(fēng)速儀的輸出雖，它安裝在第七級(jí)靜子處，探針間隔1050 ，喘振振幅VV，失速VV =12）2漸進(jìn)失速型喘振漸進(jìn)失速型喘振也是一種氣流有軸向脈動(dòng)的流動(dòng)現(xiàn)象，但是在壓氣機(jī)特性線上沒(méi)有引起增壓比明顯的突然變化，即在壓氣機(jī)特性線上

28、沒(méi)有間斷點(diǎn)。漸進(jìn)型旋轉(zhuǎn)失速經(jīng)常伴隨著漸進(jìn)失速型喘振現(xiàn)象的發(fā)生。與突變失速型喘振相比，這種喘振要溫和得多，振動(dòng)較小，聲音(噪聲)也比較低。漸進(jìn)失速型喘振所產(chǎn)生的壓氣機(jī)出口總壓脈動(dòng)的振幅為突變型喘振振幅的1520。喘振頻率也稍高，約為10Hz左右。因2-9給出了在十六級(jí)亞聲速軸流壓氣機(jī)上得到的這種比較溫和的喘振。為了進(jìn)一步說(shuō)明喘振和旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象的關(guān)系，進(jìn)行過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)全機(jī)的不穩(wěn)定工況試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)上出現(xiàn)的喘振與上述十六級(jí)亞聲速軸流壓氣機(jī)在試驗(yàn)臺(tái)上所得到的喘振十分相似。其主要區(qū)別在于，當(dāng)把壓氣機(jī)裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上所出現(xiàn)的喘振振動(dòng)頻率稍高，約為515Hz。這主要是因?yàn)槿紵业娜莘e小于壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上

29、的排氣流程容積。在一臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失速和喘振現(xiàn)象試驗(yàn)研究時(shí)，是通過(guò)在某一定轉(zhuǎn)速下 (低于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速)用突然增加燃油流量的方法來(lái)得到發(fā)動(dòng)機(jī)的不穩(wěn)定工況。 如：研究這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，由于發(fā)生突變型旋轉(zhuǎn)失速，增壓比下降到某一嚴(yán)重程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。由圖210可見(jiàn)，在轉(zhuǎn)速范圍為設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的72878時(shí)，用突然增加燃油流量的方法能夠得到喘振。圖中還畫出了旋轉(zhuǎn)失速邊界點(diǎn) (通常又稱為喘振邊界點(diǎn))的增壓比、旋轉(zhuǎn)失速后的增壓比以及穩(wěn)態(tài)的共同工作線。隨著燃油流量的增加，壓氣機(jī)出口壓力也增加，當(dāng)工作點(diǎn)移至特性圖上的失速邊界線之外，發(fā)生幾個(gè)循環(huán)的喘振，然后喘振又平息下來(lái)，而壓氣機(jī)仍然處于旋轉(zhuǎn)失速工況。此時(shí)，

30、雖然發(fā)生了幾個(gè)循環(huán)的喘振，但發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速仍然在增加，不過(guò)轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)率顯著地減小。在所有的喘振實(shí)驗(yàn)研究中都會(huì)注意到，在到達(dá)旋轉(zhuǎn)失速邊界點(diǎn)以后，并不是立即開(kāi)始發(fā)生喘振。在某些實(shí)例中，直到壓氣機(jī)已經(jīng)在突變型旋轉(zhuǎn)失速工況下工作了一段不長(zhǎng)的時(shí)間，并且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已稍有增大時(shí)，才開(kāi)始發(fā)生喘振。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，喘振脈動(dòng)頻率與流程容積的平方根成反比。假設(shè)大流程的容積約為小流程容積的九倍，則后者的喘振振動(dòng)頻率為前者的三倍。這就是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的壓氣機(jī)如果發(fā)生喘振，其振動(dòng)頻率偏高的原因。此外，突變型旋轉(zhuǎn)失速是否會(huì)導(dǎo)致喘振，亦與壓氣機(jī)排氣容積大小有關(guān)。當(dāng)排氣容積給定時(shí)，在高轉(zhuǎn)速情況下更容易由突變型旋轉(zhuǎn)失速發(fā)展為喘振。當(dāng)壓

31、氣機(jī)的增壓比低時(shí)，往往只出現(xiàn)突變型旋轉(zhuǎn)失速，而不產(chǎn)生喘振。但當(dāng)增壓比高時(shí)，則不論在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上還是在發(fā)動(dòng)機(jī)上，由突變型旋轉(zhuǎn)失速引起喘振是很普遍的。綜上所述，喘振的發(fā)生除必須具備產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速的必要條件外（即流量需減少到某一程度)，還必須要有以下充分條件：一定的流程容積；容積內(nèi)的氣體工質(zhì)要具有充分的能量。值得提一下的是：根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，以上論述的壓氣機(jī)喘振現(xiàn)象，可能不是一種單純的沿壓氣機(jī)軸向的氣流脈動(dòng)現(xiàn)象，很可能是軸向脈動(dòng)和周向脈動(dòng)的混合型不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象。失速喘振的定義不僅是因?yàn)榇袂耙汛嬖谛D(zhuǎn)失速現(xiàn)象，而且還因?yàn)榇駮r(shí)流程內(nèi)還存在旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。 2-3葉輪機(jī)械的顫振現(xiàn)象在緒論中已提到在壓氣機(jī)

32、的風(fēng)扇級(jí)或輪毅比較小的壓氣機(jī)前幾級(jí)中，出于葉片的展弦比大，壓氣機(jī)葉片的剛性相對(duì)校強(qiáng)，這樣在風(fēng)扇或壓氣機(jī)的工作過(guò)程中，由于某種原因會(huì)引起葉片振動(dòng)。每振動(dòng)一周期，葉片振蕩產(chǎn)生的非定常力和非定常氣動(dòng)力矩都對(duì)葉片做正功。如果葉片的機(jī)械阻尼又不足以消耗由此輸入的功時(shí)，葉片振動(dòng)的振幅會(huì)越來(lái)越大，葉片上的應(yīng)力會(huì)急劇增加。這種現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)或風(fēng)扇的檀振現(xiàn)象。它是壓氣帆機(jī)(風(fēng)扇)的自激不穩(wěn)定流動(dòng)工作狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)顫振時(shí)，在壓氣機(jī)(風(fēng)扇)特性曲線上沒(méi)有增壓比的突然下降，亦沒(méi)有壓氣機(jī)(風(fēng)扇)流程內(nèi)溫升的突然增高等現(xiàn)象。顫振的發(fā)生主要表現(xiàn)在葉片振動(dòng)應(yīng)力急劇上升，因而在不長(zhǎng)的工作時(shí)間內(nèi)葉片就可能產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。 1：定

33、義2：特點(diǎn) 近20年來(lái)，由于民航事業(yè)的發(fā)展，要求航空發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的效率更好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。因此大涵道比的風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)迅速發(fā)展起來(lái)。 顫振是風(fēng)扇技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一，因此引起了學(xué)術(shù)界的高度重視，并進(jìn)行了為數(shù)不少的實(shí)驗(yàn)研究和理論估算，取得了可喜的成果，促使大涵道比的風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用。 當(dāng)發(fā)生顫振時(shí)，葉片的振型可以是彎曲振型、扭轉(zhuǎn)振型或是彎扭耦合振型。現(xiàn)在我們來(lái)分析葉片彎曲振動(dòng)過(guò)程中氣流的相對(duì)速度、攻角和葉片所受氣動(dòng)力的變化及其對(duì)于葉片振動(dòng)的影響，來(lái)解釋失速顫振的形成過(guò)程。圖211的左圖畫出了風(fēng)扇葉柵中的一個(gè)葉片。葉片旋轉(zhuǎn)的圓周速度為u，當(dāng)葉片本身沿弦長(zhǎng)的法線方向以速度W向上振動(dòng)時(shí)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的

34、定義，若認(rèn)為葉片不動(dòng)而氣流相對(duì)于葉片運(yùn)動(dòng)，則氣流的相對(duì)速度由W變?yōu)閃。這里W表示葉片沒(méi)有振動(dòng)時(shí)的氣流相對(duì)速度，而W代表葉片振動(dòng)時(shí)的氣流相對(duì)速度。由圖可見(jiàn)，由于葉片向上振動(dòng)使攻角減少i。反之，若在振動(dòng)過(guò)程中葉片向下運(yùn)動(dòng)，則攻角增加i。 3：振型分類影響因素圖21l的右圖表示升力隨攻角i的變化曲線。升力為葉片上所承受的氣動(dòng)力在弦線的法線方向上的分力。Cy表示升力系數(shù)，也就是上述升力與速度頭的比值。所謂失速顫振就是指攻角i大于臨界攻角，葉背上氣流分離時(shí)所發(fā)生的顫振，因而此時(shí)增加攻角，升力反而減少(對(duì)應(yīng)于圖211右曲線中間分界線的右支，相當(dāng)于增加了個(gè)垂直于弦長(zhǎng)向下的作用力；反之，若氣流攻角減小則將導(dǎo)致

35、升力增加，也就是相當(dāng)于增加了一個(gè)垂直于弦長(zhǎng)向上的作用力。這就表明，在葉片振動(dòng)時(shí)，由于氣流方向的變化帶來(lái)和葉片振動(dòng)方向相同的附加氣動(dòng)力。因而這個(gè)氣動(dòng)力將使葉片振動(dòng)加劇，是葉片振動(dòng)的激振力。從能量的角度來(lái)看，就是在振動(dòng)過(guò)程中氣動(dòng)力對(duì)葉片做正功，使葉片振動(dòng)加劇，振幅增大 在葉片振動(dòng)過(guò)程中還會(huì)受到使振動(dòng)減弱的阻尼力。阻尼力主要來(lái)源于機(jī)械阻尼。機(jī)械阻尼由材料阻尼及其大小較難估計(jì)的接觸面間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻尼組成。當(dāng)氣動(dòng)力的激振作用足夠強(qiáng)時(shí)，就會(huì)超過(guò)阻尼力而使振幅逐漸加大，振動(dòng)加劇。這時(shí)就出現(xiàn)失速顫振。由此可見(jiàn)，顫振是葉輪機(jī)械中的氣動(dòng)彈性不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象。 下面將進(jìn)一步介紹目前在風(fēng)扇和壓氣機(jī)運(yùn)行過(guò)程中能遇到的

36、幾種氣動(dòng)彈性不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象(葉輪機(jī)械的顫振現(xiàn)象)。圖212為已標(biāo)出各種顫振現(xiàn)象出現(xiàn)區(qū)域的壓氣機(jī)(風(fēng)扇)特性圖。下面將分析各種顫振發(fā)生區(qū)和它們的流動(dòng)特征。 一、起聲速非失速顫振轉(zhuǎn)子進(jìn)口處，在葉片展向大部分區(qū)域內(nèi)，氣流相對(duì)于葉片作超聲速流動(dòng)。當(dāng)氣體繞流葉片并末出現(xiàn)失速時(shí)，而轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生較強(qiáng)的自激振動(dòng)。這種流動(dòng)現(xiàn)象被定義為超聲速非失速顫振。這種顫振有下列特征： 1）如圖2-12所；其邊界為高轉(zhuǎn)速工作的極限。 2）超聲速非失速顫振與非設(shè)計(jì)氣功條件無(wú)關(guān)，因而在設(shè)計(jì)點(diǎn)上亦可能出現(xiàn)這類顫振現(xiàn)象。3）應(yīng)變儀記錄表明，轉(zhuǎn)子每個(gè)葉片在顫振前可能以低的應(yīng)力水平和其本身的自振頻率振動(dòng)。但當(dāng)顫振出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)力變得很大，所有葉片以同樣