收稿日期:2005-06-09;修订日期:2005-12-22 作者简介:伊卫林(1978-),男,满族,黑龙江宁安人,哈尔滨工业大学博士生.文章编号:1001-2060(2006)02-0140-05 轴流压气机叶片优化设计 伊卫林,黄鸿雁,韩万金 (哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:开发了基于梯度法的数值优化程序,并与三维粘性流场求解程序相结合对跨音压气机动叶片进行了以绝热效率最大为目标的三维气动优化设计。先对其进行了沿弦长方向掠设计,绝热效率可提高约0.65%。再对所得掠叶片进行叶型中弧线优化设计得到最终叶片,与初始叶片相比绝热效率提高达1.05%。优化结果表明,动叶片的单纯掠型叶片改进气动性能有限,而弦向掠与中弧线的联合优化设计可以显著改善叶片排内流动状况,并具有良好的变工况性能。 关键词:压气机;掠动叶;中弧线;N-S方程;优化设计中图分类号:TK474.8文献标识码:A 1引言 叶轮机械内部流动包含有边界层分离、二次流、旋涡以及激波与边界层相互干扰等复杂现象。跨音压气机中的三维激波结构是流动损失的主要根源,因此如何控制激波的位置与强度是提高压气机性能的主要因素之一。Wadia和Denton等人都曾对掠叶片进行过深入研究[1~2],并证明采用掠叶片可以改变跨音压气机动叶中的三维激波结构。叶型中弧线对压气机叶片气动性能也有显著影响,与叶片流道内激波产生的强度与分布以及附面层的分离状态都密切相关。可以推测,积叠线形状的空间变化只能在一定程度上改善内部流动状况,再配以合适的叶型必定能进一步提高压气机工作性能。 随着计算速度的提高及CFD三维流场求解精度的完善,基于N-S方程的全三维流场数值模拟用于叶轮机械气动设计成为可能。近年来,梯度法、遗传算法、模拟退火算法和响应面法等数值优化算法广泛应用于叶轮机械优化[3~6]。但是由于遗传算法和模拟退火算法的耗时性,使其无法应用于工程实际,响应面方法虽然简单、省时,但需要较多的人工操作,尤其是前期的样本如果选取不好,将在很大程度上破坏其寻优能力。因此,在叶轮机械优化设计中梯度法的应用仍最为广泛。 为了研究掠及相应叶型变化对压气机气动性能的影响,本文采用常规H型网格生成程序、基于雷诺平均N-S方程的全三维流场模拟程序和基于梯度法的数值优化程序,对某跨音压气机动叶进行优化设计。 2控制方程及数值方法 采用有限体积法求解圆柱坐标系下的雷诺平均N-S方程。空间求解采用二阶精度的中心差分格式加二阶、四阶人工粘性项,时间方向求解采用四步Ronger-Kutta格式。湍流模型为壁面函数修正的B -L模型,采用隐式残差光顺、局部时间步及多重网格等加速收敛技术,计算中采用两重网格,使程序具有较快的收敛速度,尤其适用于数值优化设计。网格采用常规H型网格,网格数为41@145@41。此种网格生成方法简单,在数值优化过程中,由于其参数为随机选择过程,如果网格生成质量不高,极易出现畸形网格,从而导致优化过程无法继续。本文采用的网格生成程序则没有出现这一情况。 3叶型参数化表达 在叶型的气动优化设计中,需要对其进行参数化表达,以便采用尽可能少的设计变量来控制叶片形状。另外还必须保证叶片型线曲率的光滑分布。控制点类曲线可以很好地解决这些问题。本文采用5个控制点的3次B样条曲线分别对25%、50%、75%叶高的叶型中弧线进行参数化表达,图1为25%叶高示意图。对于每个叶型以中弧线的首末端点为两控制点,并保证其在设计过程中不变,其余3个控制点为设计变量沿叶型型线垂直方向变化,这样既可以有 第21卷第2期2006年3月 热能动力工程 JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWER Vol.21,No.2 Mar.,2006
进口、收缩器、导向叶片（导叶）、动叶片、转子、扩压器、出口 增压原理：伯努利方程，气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导向叶片使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。转子在外力作用下作高速转动，固装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。高速气流进入导叶（静叶），气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高 伯努利方程：理想正压流体在有势体积力作用下作定常运动时，运动方程（即欧拉方程）沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程。因著名的瑞士科学家 D.伯努利于1738年提出而得名。对于重力场中的不可压缩均质流体，方程为: 式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和线性速度；h为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量。 上式各项分别表示单位体积流体的压力能p、重力势能ρgh和动能(1/2)*ρv ^2，在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能量守恒。但各流线之间总能量（即上式中的常量值）可能不同。对于气体，可忽略重力，方程简化为p+(1/2)*ρv ^2=常量(p0)，各项分别称为静压、动压和总压。显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。飞机机翼产生举力，就在于下翼面速度低而压强大，上翼面速度高而压强小，因而合力向上。据此方程，测量流体的总压、静压即可求得速度，成为皮托管测速的原理。在无旋流动中，也可利用无旋条件积分欧拉方程而得到相同的结果但涵义不同，此时公式中的常量在全流场不变，表示各流线上流体有相同的总能量，方程适用于全流场任意两点之间。在粘性流动中，粘性摩擦力消耗机械能而产生热，机械能不守恒，推广使用伯努利方程时，应加进机械能损失项[1]。
天津市高等教育自学考试 模具设计与制造专业 热工基础与应用 综合实验报告 （一）压气机性能实验 主考院校: 专业名称： 专业代码： 学生姓名： 准考证号：
一、活塞式压气机概述 1.活塞式压气机结构及工作原理 （1）活塞式压气机结构 压气机在现代工业以及现代人的生活中被越来越多的广泛应用，不论是汽车上的涡轮增压系统还是航空航天发动机中的涡喷应用，随着技术的不断革新，其结构、性能也在不断的优化、提高。本实验旨在通过对简单形式的压气机，进行结构、工作原理以及性能的实验，以达到验证并深刻理解、掌握热工学课程中所学得的知识并应用于实际生产实践中。 本次实验所用压气机为“活塞式压气机”，现就其结构及特点作简要说明。 活塞式压气机是通用的机械设备之一，是一种将机械能转化为气体势能的机械。 图1.1 活塞式压气机机构简图 图1-2 三维仿真示意图
（2）活塞式压气机工作原理： 电机通过皮带带动曲柄转动，由连杆推动活塞作往复移动，压缩汽缸内的空气达到需要的压力。曲柄旋转一周，活塞往复移动一次，压气机的工作过程分为吸气、压缩、排气三步。 具体为：在气缸内作往复运动的活塞向右移动时，气缸内活塞左腔的压力低于大气压力pa ，吸气阀开启，外界空气吸入缸内，这个过程称为压缩过程。当缸内压力高于输出空气管道内压力p后，排气阀打开。压缩空气送至输气管内，这个过程称为排气过程。 这种结构的压缩机在排气过程结束时总有剩余容积存在。在下一次吸气时，剩余容积内的压缩空气会膨胀，从而减少了吸人的空气量，降低了效率，增加了压缩功。且由于剩余容积的存在，当压缩比增大时，温度急剧升高。特别的是，单级活塞式空压机，常用于需要 0 . 3 — 0 . 7MPa 压力范围的系统。压力超过 0 . 6MPa ，各项性能指标将急剧下降。故当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。 活塞式空压机有多种结构形式。按气缸的配置方式分有立式、卧式、角度式、对称平衡式和对置式几种。按压缩级数可分为单级式、双级式和多级式三种。按设置方式可分为移动式和固定式两种。按控制方式可分为卸荷式和压力开关式两种。其中，卸荷式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时，空压机不停止运转而通过打开安全阀进行不压缩运转。这种空转状态称为卸荷运转。而压力开关式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时，空压机自动停止运转。 二、实验内容 1.实验目的 （1）压气机的压缩指数和容积效率等都是衡量其性能先进与否的重要参数。本实验是利用微机对压气机的有关性能参数进行实时动态采集，经计算处理、得到展开的和封闭的示功图。从而获得压气机的平均压缩指数、容积效率、指示功、指示功率等性能参数。 （2）掌握指示功、压缩指数和容积效率的基本测试方法。 （3）对使用电脑采集、处理数据的全过程和方法有所了解。 2.实验装置及测量系统 本实验仪器装置主要由：压气机、电动机及测试系统所组成。 测试系统包括：压力传感器、动态应变仪、放大器、计算机及打印机， 压气机型号：Z—0.03/7 汽缸直径：D=50mm 活塞行程: L=20mm 连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分
轴流压气机设计 压气机是航空发动机的核心部件，压气机内部流场存在很大的逆压梯度，有着高度的三维性、粘性及非线性和非定常性，而多级压气机还存在复杂的级间匹配，这些都使得压气机的设计难度很大，一直是发动机研制中的瓶颈技术。 一、压气机设计方法的发展 一个世纪以来，伴随着气动热力学和计算流体力学的发展!轴流压气机的设计系统在不断进步，带动着压气机设计水平的提高。 20世纪初采用螺桨理论设计叶片；20-30年代采用孤立叶型理论设计压气机；30年代中期开始，由于叶栅空气动力学的发展和大量平面叶栅试验的支持，研制了一系列性能较高的轴流压气机；50年代开始采用二维设计技术，用简单径向平衡方程计算子午流面参数，叶片由标准叶型进行设计；70年代建立了准三维设计体系，流线曲率通流计算和叶片流动分析是这一体系的基础，可控扩散叶型等先进叶型技术开始得到应用；90年代初以来，以三维粘性流场分析为基础的设计体系促进了压气机设计技术的快速发展。 风扇/轴流压气机的设计体系以流动的物理模型发展为线索，以计算能力的高速发展为推动力，大致经历了一维经验设计体系、二维半经验设计体系、准三维设计体系、三维设计体系四个阶段。并正在朝着压气机时均（准四维）和压气机非定常（四维）气动设计体系发展。 目前的压气机的设计体系大致可以分为四个阶段：初始设计、通流设计、二维叶型设计、三维叶型设计。 二、压气机设计体系 1.初始设计 这是一个建立压气机的基本轮廓的阶段，根据给定的流量、压比、效率、稳定裕度等参数，来确定压气机级数、级压比、效率、子午面流道、各排叶片数等，并可以进一步可估算重量。而且整体设计的决策还要统筹风险、技术水平、时间和花费等。 初始设计主要依据一维平均流线计算程序进行计算，在给定设计点流量、压比、转速及转子进口叶尖几何尺寸的条件下，可确定压气机级数、轴向长度、并且优化载荷轴向分布，得到设计点在平均半径处的速度三角形和各级平均气动参数。初始设计阶段包括压气机主要参数的确定以及同其它部件的协调，并且为S2流面计算提供初始流道几何尺寸。而这个程序主要依赖于经验以及以往积累的数据库。 初始设计它是方案设计中的基础阶段，不管计算流体动力学如何发展，该设计过程仍是压气机设计中不可缺少的一部分。正是这个部分是整个设计过程中最重要的部分，因为如果在这里发生了基本的错误，之后就无法通过优化或者其他改变来纠正这一情况，压气机基本结构设计出现错误会带来严重的后果。 2.通流设计 通流设计根据叶片扭向设计规律，采用S2流面流场计算方法，分析并确定各排叶片进出口速度三角形及各排叶片匹配关系。 S2流面气动计算一般采用流线曲率法，求解S2平均流面上的完全径向平衡方程。最初的压气机通流设计计算采用忽略流线坡度和流线曲率的“简化径向平衡方程”获取叶片设计需要的速度三角形，这种方法在低压比的压气机设计中起着基本的作用。后来发展了考虑流线坡度和流线曲率影响的“完全径向平衡方程”和S2流面理论，使压气机的设计计算结果更加准确，特别是针对跨音速流也促进了压气机性能的提高。不过，直到上世纪80年代，由于理论和数值计算方法的原因，通流设计求解方法都是在忽略了气流粘性的影响的简化方程下完成。随着压气机设计的实践的深入和计算方法的发展，上世纪80年代开始在压气机
第三章 轴流压气机的工作原理 压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、 高温气体。根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机 和离心式压气机。本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机 一级的流动特性及工作原理。 第一节 轴流压气机的增压比和效率 轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转 子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流 叶片（静叶）。 图3－1 多级轴流压气机 压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。 依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内， 压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。近六十年来，压气机的 总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。 图3－2 压气机的总增压比发展历程
压气机的绝热效率定义为 ** *=k adk k L L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程 所需要的机械功* adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L * 之比。 p 1*p k *1k ad k L *k L *ad k s h * 图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(1 1)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1 -=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(1 11--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到 11 11--=**-**T T k k k k k πη （3－5） 效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排 转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。压气机静子不对气体作功，静子 的性能不能用效率公式（3-5）式衡量，静子的气动品质用总压恢复系数*23σ反映，*23σ＝ p *静子出口/ p * 静子进口 。 压气机的效率高，说明压缩过程中的流阻损失小，实际过程接近理想过程。或者说， 压气机效率愈高，达到相同增压比时，所需要外界输入的机械功愈少。目前，单级轴流压气 机的绝热效率可以达到90％以上，高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85％ 以上。
实验名称压气机性能实验 一、实验目的 1)掌握轴流压气机内流动、加功增压原理和特性； 2)熟悉压气机气动参数测量和计算方法。 二、实验内容 1、性能测试中的气动参数测量与速度三角形 一台压气机在设计完成后，组装到核心机之前一定要经过部件试验的验证。达到设计指标的才能进行组装。这部分试验内容称之为压气机的性能测试。其中最主要的性能参数集中反映在流量、压比和效率这几个参数上。为了能够绘制速度三角形，本次试验要求在设计和近失速这两个特征状态下，测量如下气动参数： 流量管静压、转子进出口外壁静压、静子出口外壁静压、转子进出口和静子出口平均半径处的总压、转子出口平均半径处的气流偏角以及其它必要的辅助参数。 2、额定折合转速下压气机特性曲线 压气机的性能用特性曲线来表示。对于高速压气机，通常的特性曲线图为流量－总压比图和流量－效率图。但对于低速压气机，其横坐标则常用流量 系数来表示，而压比可用压升或压升系数来表示。试验 时首先要在流量全开的情况下将转速开至待测转速。待 转速稳定后逐渐减小排气阀关度，通过减小排气面积来 提高反压，从而得到同一转速下不同流量点的特性。当 流量减小到一定值时就会发生失速或喘振，此时应退出 失速或喘振状态。将同一转速下的这些测点连接起来就 成为一条特性线。如需完整的特性图，还应返回大流量 状态，然后开至其它转速，重复这个过程。图2.1为某低速压气机额定转速下的特性曲线示意图。 0.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.70 ? p / . 5 ρ u m 2 c a /u m 0.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.70 1.010 1.012 1.014 1.016 π c a /u m 0.75 0.80 0.85 0.90 η 图 2.1 压气机特性曲线
《压气机性能实验》实验指导书 发动机燃烧实验室 2006年3月
压气机性能实验 1 实验目的 1） 掌握轴流压气机内部流动、加功增压原理和特性； 2） 熟悉压气机气动参数测量和计算方法。 2 实验基本原理 在单级轴流压气机试验台上改变压气机工作状态，测量气流通过压气机级的流量以及压力和温度变化，然后根据测得参数计算得出单级轴流压气机典型特性曲线。通过对特性曲线的分析，掌握轴流压气机内部流动、加功增压原理。 3 实验内容 1） 压气机设计状态和近失速状态转子进出口和静子出口气流参数及转子进出口速度三角形； 2） 额定折合转速下的压气机特性曲线。 4 实验设备 实验装置： 单级压气机实验台。一排动叶和一排静叶组成的单级轴流压气机，压气机进口流场均匀，空气流量可微调。气流通道外径500mm ，内径375mm （轮毂比0.75），通道平直，可改变叶片安装角和动静叶排间轴向间隙。额定转速2400转/分。计算机控制数据采集处理，可测气流参数：空气流量，动叶进口、动静叶排间和静叶出口三个截面上外壁气流静压和气流总压、静压、速度及偏角沿叶高分布，级温升，流量测量精度1%，压升（或压比）测量精度1%，效率测量精度3%。气动参数和几何参数详见附图。 仪器设备： 压力信号引出管路，压力信号处理箱，压力测量探针，温度测量探针，数据采集板，计算机，大气压力表，温度计。 5 具体实验步骤 1. 了解实验台构造和测试仪器功能； 2. 读取实验时大气压力和大气温度； 3. 根据当时的大气温度0T ，算出换算转速2400转/分时的实际转速，启动后平缓加速到该转速；15 .28824000T n ?=转/分； 4. 改变压气机工作状态，记录进出口压力、温度参数，包括流量管静压00p （表压）；转子进口、转子出口和静子出口截面外壁气流静压1s p （表压）和3s p （表压）；转子进口总温1t T 和静子出口与转子进口总温差t T ?； 5. 计算得出压比和效率同流量的关系； 6. 记录设计状态压气机进出口流动参数，包括静压、总压，绘出速度三角形；
第6卷 第1期 航空动力学报Vol.6No.1 1991年1月Journal of Aerospace Power Jan .1991 轴流压气机可控扩散叶型的 数值优化设计 西北工业大学 刘 波 周新海 严汝群 【摘要】 本文采用数值优化技术进行轴流压气机可控扩散叶型设计,选择叶栅总压损失系数为目标函数,对初始叶型在设计与非设计状态的全部工况范围内的气动性能,进行优化计算。应用该数值优化设计系统完成了高进口马赫数、大弯度压气机静子叶栅的试验件设计。实验结果表明,在设计与非设计工况下,所设计的叶栅气动性能良好,达到了预定的设计目标,验证了本文方法的可靠性与适用范围。 一、叶型数值优化设计系统的构成 本文的主要目的是建立一种可控扩散叶型数值 图1 叶型优化设计系统 优化设计系统,要求能够进行全工况范围内的气动 性能优化计算,使最终得到的叶型不仅在设计工况 下具有良好的性能,而且保证有较宽广的小损失工 作范围。 本文叙述了叶型数值优化设计系统的构成,探 讨了设计叶栅的目标函数提法,并就设计变量、约 束条件和采用的优化程序进行了分析。最后完成了 一个可控扩散叶型试验件的设计。所设计的叶栅进 行了吹风实验,并与常规叶型进行了性能对比。结 果表明本叶型优化设计系统是有效和实用的。 本研究的基本设想为:从附面层分析得到的最 佳速度分布出发,采用势、流函数法给出设计状态 的初始叶型,然后以叶栅总压损失为目标函数,对 其进行非设计状态优化计算,以达到规定的设计目 标。因此,数值优化设计系统可由以下几部分组成: (1)叶型设计计算的势、流函数反方法[1];(2)叶栅 流场分析计算的正方法(包括无粘流—附面层迭 代)。其中无粘流计算采用全位势方程的人工密度解 法,附面层计算则采用Catr er 的微分反方法[2];(3)数值优化程序。叶型优化设计系统的构成如图1所示。本文于1990年1月收到。
一、轴流式压缩机简介 轴流式压缩机是属于一种大型的空气压缩机它是由3大部分组成，一是以转轴为主体的可以旋转的部分简称转子，二是以机壳和装在机壳上的静止部件为主体的简称定子（静子），三是壳体、密封体、轴承箱、调节机构、联轴器、底座和控制保护等组成。 轴流压缩机主要是由机壳、叶片承缸、调节缸、转子、进口圈扩压器、轴承箱、油封、密封、轴承、平衡管道、伺服马达、底座等组成。 轴流式压缩机的静叶可调机构和带动该机构的中间气缸，机壳是标准化的同一种型号不同级数的机壳，进排气缸是一样的，不同级数机身长度的改变组合木模来实现，当级数不用时，除轴向长度不同外，其它所有结构都一样。主轴都是为镍铬合金钢，叶片材料为铬不锈钢，静叶内缸结构尺寸、轴封、密封、联轴器级轴流式压缩机的附属设备、润滑油系统、控制系统、保护系统都是非常智能型的。前6级的反动为百分之70，以后几级的反动向为百分之100。 压缩机底座由钢板焊接而成，压缩机本体重量通过下壳体的支腿，支撑在底座的4个支柱上，下机壳与底座上的支座间有定位及导向结构，整个轴流式压缩机的重量支撑在4个支柱上，其低压侧的2个支柱与机壳支腿的上下面做成球面的，支柱与支腿之间的间隙因此允许机器低压侧在各个方向上摆动以适应受热膨胀。定子的死点在高压侧，所以高压侧的支柱不允许机器的高压侧轴向移动，只允许在垂直于轴的横向移动。为了保持轴孔的水平高度不变，高压侧的2个支柱为特殊材料做成，不会因受热而伸长。
当我们启动轴流式压缩机后，空气从压缩机过滤器中进入，同时产生的噪声会沿着进气口传出，然后经过整流栅使吸入的气流稳定，为隔离压缩机对吸气管道的机械震动、降低噪音，同时补偿压缩机的热膨胀位移，也利于压缩机检修时设备对中调整，在压缩机与吸入气管道的连接处配置了柔性补偿器。采用柔性合成胶材料，其耐温以产生逆流时的风温，经过进气节流阀来控制压缩机启动带来的阻力，当压缩机运行稳定后，压力值上升到指定时。进气调节阀开始关闭，放空阀动作卸掉内部多余的气压。 二、轴流压缩机的基本工作原理 图1－5为轴流压缩机的构造示意图。在压缩机主轴上安装有多级动叶片，整个通道由收敛器、进口导流叶片、各级工作叶片（动叶片）和导流叶片、扩压器等组成。气体由进口法兰流经收敛器10，使进人进日导流叶片1的气流均匀，并得到初步的加速。气流流经进口导叶叶片间的流道，使气流整理成轴向流动，并使气体压力有少许提高。转子8由原动机拖动作高速旋转，由工作叶片2将气流推动，使之大大加速，这是气体接受外界供给的机械能转变为气体动能的过程。高速气流流经导流叶片3构成的流道（相当于扩压管），在其中 降低流速而使气体压缩，这是靠减少气流动能来使气体压缩的升压过程。一列工作叶片（动叶）与一列导流叶片（静叶）构成一个工作级。气体连续流经压缩机的各级，逐级压缩升压。最后经整流装置4将气流整理成轴向，流经扩压器7，在扩压器中气流速度降低，压力升高，最后汇入蜗壳经出口法兰排出压缩机。 轴流压缩机每级的增压比不大，约为1．15～1．25，若要获得较高压力，需要较多的级。例如压比为4的空气压缩机，一般需要十几级。 三、轴流式压缩机的技术特点 1、一是轴流压缩机气体动力学设计采用最先进的三元流理论和优化设计方法；采用效率高、压头大的新型叶栅，成功进行了各种反动度叶型组合设计。在同样参
1．轴流式压气机采用的防喘措施有哪些？其基本原理是什么？ 措施：中间级放气，压气机静子叶片可调和采用多转子。原理：通过在非设计状态下，改变速度三角形的绝对速度的轴向分量、绝对速度的切向分量和圆周速度，从而使气流相对速度对转子叶片的攻角同设计状态相近，避免叶片失速。 2．在压气机中，什么是预旋和正预旋？说明正预旋的作用？ 第一级工作叶轮进口处绝对速度在切线方向的分量称为预旋。若叶轮进口处绝对速度的切向分量与叶轮旋转的圆周速度方向一致，称为正预旋；预旋是由进气导向器产生的，目的是避免气流在叶背处发生分离，防止压气机喘振。 3．压气机叶片为什么要扭转？如何扭转？ 压气机叶片的扭转主要是为了保证从叶根到叶尖气流的攻角都能在要求的范围之内。叶片的扭转情况是：在叶尖处叶型弯度小，叶型安装倾斜度大；在叶根处叶型弯度大，叶型安装倾斜度小。 4．压气机分哪两种？目前燃气涡轮发动机中常采用哪一种，为什么？ 离心式和轴流式。目前燃气涡轮发动机中常采用轴流式压气机。这是因为轴流式压气机具有下述优点：总的增压比高，单位面积的流通能力高，迎风面积小，阻力小。 5．压气机的增压比是如何定义的？它与级增压比有什么关系？ 压气机的增压比是压气机出口处的总压与压气机进口处的总压之比。压气机的增压比等于各级增压比乘积。 6．什么是压气机的流量系数？影响压气机流量系数的因素有哪些？它的物理意义是什么？ 压气机的流量系统是工作叶轮进口处的绝对速度在发动机轴线的分量和工作叶轮旋转的切向速度之比。影响流量系数的因素有两个：一个是转速，另一个是叶轮进口处的绝对速度。物理意义：流量系数比设计值小，会使气流在叶背处发生分离；流量系数比设计值过大，使气流在叶盆处发生分离。 7．什么是压气机的流量特性？什么是压气机的喘振边界？什么是压气机的喘振裕度？ 在进入压气机空气的总温和总压保持不变的情况下，压气机的增压比和效率随进入压气机空气的流量和压气机转速的变化规律称为压气机的流量特性。将各转速下的不稳定工作点连接起来的曲线称为喘振边界。压气机喘振裕度指喘振线与工作线的距离。更具体的说，喘振裕度为在同一空气流量下，喘振点和工作点的增压比之差与工作点增压比的比值。 8．什么是压气机的喘振？导致喘振的根本原因是什么？ 喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频高振幅的振荡现象。导致喘振的根本原因是压气机在非设计状态下工作，气流在叶背处发生分离。 9．什么是进入压气机叶片气流的攻角？影响攻角的因素有哪些？它的物理意义是什么？ 工作叶轮进口处相对速度的方向与叶片弦线之音的夹角叫攻角。影响攻角的因素有两个：一个是转速，另一个是工作叶轮进口处的绝对速度（大小和方向）。物理意义是：正攻角过大，会使气流在叶背处发生分离；负攻角过大，会气流在叶盆处发生分离。10．什么是进气道的冲压比？影响进气道冲压比的因素有哪些？ 进气道的冲压比是：进气道上出口处的总压与远前方气流静压的比值。影响冲压比因素有：流动损失，飞行速度和大气温度。当大气温度和飞行速度一事实上时，流动损失大，则冲压比下降；当大气温度和流动损失一定时，飞行速度越大，则冲压比增加；当飞行速度和流动损失一定时，大气温度上升，则冲压比下降。 11．燃烧室中的主燃区，补燃区，掺混区的主要作用是什么？
压气机的喘振及防喘 要使气体增压,就是使单位容积内气体的分子数目增加,或让在气流中气体的分子彼此之间的 距离靠近,就可以达到提高气体压力的目的。 压气机的喘振及防喘措施1. 在压气机中发生喘振的原因2. 压气机中防止喘振的措施在压气机中发生喘振现象我们在研究压气机特性线时已经指出：在压气机特性线当的左侧，有条喘振边界线。假如流经压气的空气流量减小到一定程度，而使运行工况进入到喘振边界线的左侧，那么，整台压气机就不能稳定工作。那时，空流量就会出现波动，忽大忽小；压力出现脉动，时高时低；到严重时，甚至会出现气流从压气的进口处倒流出来的现象；同时还会伴随着低频的怒吼声响；这时还会使机组产生强烈地振动。这种现象通称为喘振现象。在机组的实际运行中，我们决不能容许压气机在进入喘振工况。在压气机中发生喘振的原因喘振现象究竟是怎样产生的呢？通常认为：喘振现象的发生总是与压气机通流部分中出现了严重的气流脱离现象有密切关系。当压气机在偏离设计工况的条件下运行时，在压气机工作叶栅的进口处，必然会出现气流的正冲角或负冲角。当这种冲角增大到某种程度时，粘附在叶型表面上的气流附面层在逆流动方向的的压力梯度下就会出现局部逆流区，形成涡流，造成附面层的分离，以致发生气流的脱离现象。流量变化时，在叶栅的流道中出现的气流脱离现象压气机叶栅中的旋转脱离现象试验表明：在叶片较长的压气机级中，气流的脱离现象多半发生在沿叶高方向的局部范围内（例如在叶片的顶部）。但是，在叶片较短的级中，气流的脱离现象却有可能在整个叶片的高度上同时发生。此外还必须指出：上述那种气流脱离现象，往往并不是在压气机工作叶栅沿圆周整圈范围内同时发生的。试验研究表明：一般来说，由于叶栅中叶片形状和分布不均匀性和气流沿周向分布的不均匀性，在小流量大冲角的工况下，气流的脱离往往总是在某一个或几个叶片上发生的。一般情况，在整个环形叶栅沿圆周方向范围内，可以同时产生几个比较大脱离区，而这些脱离区的宽度只不过涉及到一个或几个叶片通道而已。同时还应该指出：这些脱离区并不是固定不动的，这些脱离区会依次沿着与叶轮旋转方向相反的方向转移。因而，这种脱离现象称为旋转脱离。旋转脱离的现象是怎样产生的正常工况下与喘振工况下压力与气流速度变化的波形示意图压气机的工作系统图多级轴流式压气机在非设计状态下的工作特点会出现工作不协调现象多级轴流式压气机在非设计状态下的工作特点(1) 压气机中压比的变化必然会引起第一级与末级入口处轴向分速比的相应变化，而且，当压气机的设计压比越大，这种变化也越大。而压气机的压比会随转速或进口温度的变化而改变的。当实际工作转速比设计转速低时这时压气机的压比要下降。这时末几级中的空气压力和密度降低了。