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航空发动机气涡轮叶片表面涂层研究航空发动机气涡轮叶片是发动机中非常重要的一个组成部分，它负责转动涡轮并带动高压和低压压气机的转子，以输送压缩空气和燃料混合物并能从机翼产生推力。
因此，气涡轮叶片的耐久性、燃烧效率和功率直接影响到发动机的性能和安全。
随着技术的不断发展和需求的不断提升，更高的温度和压力已经成为了现代航空发动机的主要发展方向。
然而，这也给气涡轮叶片的表面材料提出了更高的挑战。
在气涡轮叶片内部，有高温的气流流经和高速的涡流旋涡，这些都会对叶片表面产生剧烈的磨损和热量极端影响。
因此，研究气涡轮叶片表面涂层已成为现代航空工业一个不可或缺的研究课题。
表面涂层的作用涂层技术通过在叶片表面形成一层薄膜来保护叶片表面不受气流和高温的侵蚀，同时也有助于降低摩擦和阻力。
表面涂层可以大大提高气涡轮叶片的使用寿命和可靠性，同时也可以提高发动机的热效率和功率。
涂层材料的选择气涡轮叶片表面涂层材料必须具备一定的耐高温、抗侵蚀、抗磨损以及良好的黏附性和力学性能。
通常情况下，涂层材料可以分为金属涂层和非金属涂层两大类。
金属涂层金属涂层可分为金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、合金涂层及其复合涂层。
金属材料的涂层具有良好的高温抗氧化性和热稳定性，但是金属材料的结构密度一般较低，会对发动机产生额外负担。
非金属涂层非金属涂层在高温环境下具有良好的抗氧化性和导热性，通常有陶瓷涂层、聚甲基丙烯酸酯（PMMA）涂层和聚四氟乙烯（PTFE）涂层等。
陶瓷涂层是目前应用最为广泛的非金属涂层之一。
它不仅可以抗氧化、耐高温,而且具有良好的耐磨性和抗腐蚀性。
陶瓷涂层成分多采用Al2O3、ZrO2、SiO2和Cr2O3等材料，而不同的成分可以产生不同的性能。
PMMA涂层与PTFE涂层之间的不同在于前者可以在较高温度下保持其机械强度，而后者可以在较低的摩擦系数下提供出色的减摩性。
此外，这两种涂层都具有良好的润滑性和抗磨损性。
磨损机制气涡轮叶片表面磨损的机制复杂，可能涉及许多因素，最常见的因素有以下几个：1. 高温气流的冲击和流动引起的磨损，例如热膨胀吸引。
压气机叶片粗糙度对其性能衰退的影响研究
李冬;樊照远;张娟;杨欣毅
【期刊名称】《航空发动机》
【年(卷),期】2009(035)005
【摘要】利用标准叶型数据进行压气机建模,对建立的模型进行了验证,证明模型是有效的.基于等价雷诺数修正原理,通过仿真方法定量研究了压气机叶片由于积垢沉淀等因素引起粗糙度增大,从而导致其性能的衰退情况.仿真结果表明,当压气机叶片表面粗糙度增大时,压气机主要特性参数都不同程度的减小,使压气机总体性能下降.【总页数】4页(P32-35)
【作者】李冬;樊照远;张娟;杨欣毅
【作者单位】海军航空工程学院研究生管理大队,山东,烟台,264001;海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室,沈阳,110043;中国海洋大学青岛学院机电工程系,山东,青岛,266300;海军航空工程学院研究生管理大队,山东,烟台,264001
【正文语种】中文
【中图分类】V2
【相关文献】
1.叶片积垢对压气机性能衰退的影响 [J], 王松;王国辉;韩青;王忠义;任翱宇
2.涡轮叶片粗糙度对其性能衰退的影响研究 [J], 李本威;李冬;沈伟;王永华;蒋科艺
3.叶片粗糙度对压气机性能影响研究 [J], 孙涛; 王岩; 宋汉强
4.叶片表面粗糙度分布形式对压气机性能的影响 [J], 叶楠;申连洋;宫妍;王忠义;巩耀禛
5.叶片表面粗糙度分布形式对压气机性能的影响 [J], 叶楠;申连洋;宫妍;王忠义;巩耀禛
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2021年8期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application粗糙度对离心压气机气动性能的综合影响*王金伟1，2，王云1，2，张呈1，2，何少飞1，2（1.南昌航空大学飞行器工程学院，江西南昌330063；2.江西省微小航空发动机重点实验室，江西南昌330063）引言离心压气机的主要工作部分为叶轮，叶轮由叶片和轮盘组成。
与轴流压气机相比，离心压气机具有单级增压能力强、防喘特性好等优点。
通常在设计制造微小型发动机时，考虑到微小型发动机的尺寸小、空气流量小，并要求发动机的整体结构紧凑，因此单级增压能力强的离心压气机比轴流压气机能更好的适应其工作设计状况，在微小型发动机中也得到更广泛的使用[1]。
在发动机工作过程中，气体流主流流经压气机，同时带来的还有各种杂质灰尘以及细小颗粒，而这些杂质对压气机叶轮都有不同程度的冲蚀磨损[2]，这就导致压气机叶轮表面光滑程度发生改变，进一步对压气机的气动性能带来一定程度的影响。
国内外的研究人员关于压气机性能结构方面的研究技术和实验方法已经较为成熟，而对于压气机表面粗糙度的研究则不够深入。
张浩[3]等人通过对轴流压气机叶片不同局部位置粗糙度的改变，得出叶片前缘粗糙度越小，压气机气动性能越好，而对于叶片尾缘，适当的粗糙度对其流场性能有增益效果。
轴流式压气机的压缩效率极大程度上取决于叶型，因此叶片粗糙度对轴流式压气机性能影响较为显著[4-7]，而在各项性能中，粗糙度的改变对入口压差的影响最大[8]。
李钊[9]等人分析了压气机积垢后压气机性能损失，表明积垢对压气机性能的影响主要体现在积垢改变了叶片表面粗糙度，增加了摩擦损失，使流动损失增大。
国外一些学者通过研究粗糙度对叶栅和叶型损失的影响，指出了多个和单个局部粗糙度对压气机性能影响间的关系[10]。
同时利用不同雷诺数下定常和非定常两种不同方式进行对比，确立验证了粗糙度对流动性能的影响机理[11-14]。
航空发动机涡轮叶片表面质量要求
航空发动机涡轮叶片作为发动机的关键部件，其表面质量要求极为严格，主要体现在以下几个方面：
几何精度：涡轮叶片的型面（包括叶型、榫头、冷却通道等）必须具备极高的几何精度，以确保气动性能的优化和热力学效率的最大化。
这包括尺寸公差、形状公差以及位置公差等。
表面粗糙度：涡轮叶片工作环境极端恶劣，高温、高速旋转且承受巨大离心力，因此对叶片表面粗糙度有非常苛刻的要求，以减少空气动力学损耗和提高热传导效率。
通常，叶片的工作表面粗糙度需达到微米级别甚至纳米级别。
涂层质量：现代高性能航空发动机的涡轮叶片大多采用耐高温合金材料，并在其表面涂覆特殊涂层（如热障涂层、抗腐蚀涂层等），这些涂层的厚度均匀性、附着力、完整性及性能稳定性都至关重要。
无损检测合格：涡轮叶片在制造完成后需要通过一系列无损检测手段，如超声波探伤、涡流检测、X射线检测等，确保叶片内部无裂纹、夹杂或其他缺陷，表面也无肉眼不可见的微观裂纹或损伤。
清洁度要求：涡轮叶片表面不得有任何可能影响其性能或寿命的污染物残留，包括但不限于金属屑、切削液、油脂等。
微观结构控制：除了宏观表面质量外，还需要严格控制材料的微观组织结构，保证晶粒细小均匀，无偏析、疏松、夹杂物等冶金缺陷。
综合以上要求，航空发动机涡轮叶片的表面质量控制是决定发动机整体性能和使用寿命的关键环节之一，技术难度极高，要求极其精密和严谨。
航空发动机涡轮叶片的气动特性研究航空发动机是飞行器重要部件之一，其核心部分是涡轮机，涡轮机则主要包括高速旋转的涡轮和通过涡轮叶片驱动的各个机械部件。
涡轮叶片是发动机中重要的元件之一，其性能对发动机整体的效率和安全性起着举足轻重的作用。
由于涡轮叶片的气动特性直接关系到发动机的性能，因此对其气动特性的研究至关重要。
涡轮叶片气动特性是指叶片在工作过程中与气流的相互作用，也即叶片在气流中受到的阻力、升力、扭矩等影响因素。
这些因素不同程度地影响着叶片的转速、寿命和安全性。
因此，研究涡轮叶片的气动特性对于提高涡轮叶片的性能至关重要。
涡轮叶片气动特性研究所涉及到的关键因素有：叶片的弯曲、振动、旋转速度、叶片的几何形状以及叶片表面的涂层等。
在实际应用中，涡轮叶片需要根据其所处工况的不同设计出不同的几何形状、尺寸和材质等，在保证性能的基础上尽可能地降低成本。
根据叶片表面的涂层不同，叶片可以分为无涂层、金属涂层和陶瓷涂层等。
其中，金属涂层和陶瓷涂层可以增强叶片的耐磨性和抗氧化性，从而提高其使用寿命。
此外，在高温高压的环境下，涡轮叶片的扭转和变形也是影响其气动特性的重要因素。
为此，研究叶片的扭转和变形规律，提高叶片的强度和刚度，可有效提高涡轮叶片的工作效率和寿命。
涡轮叶片表面的涂层和工作环境的不同变化都以不同的方式影响着叶片中的气流流动。
研究这些气流的有关特性，可以帮助我们更好地了解叶片中的流动特性，并最终提高涡轮叶片的性能和效率。
在航空发动机的实际应用中，涡轮叶片的气动特性评估是非常重要的环节。
通过实验数据的采集，可以对叶片的设计进行优化，更好地应对不同工作环境的变化。
例如，在涡轮叶片的设计过程中，可以通过改变叶片的几何形状和表面涂层，制造出适应不同工况下的涡轮叶片，从而提高发动机的工作效率和安全性。
总之，涡轮叶片的气动特性研究是航空工程中的重要研究领域，其重要性不可忽视。
仅有对其气动特性的研究，才能确保发动机的性能和寿命得到充分的保障。
表面粗糙度对涡轮叶片吸力面边界层的影响白涛;王书贤【摘要】In order to study the effect of the increased surface roughness on turbine blade due to operation,erosion and corrosion,the effect of surface roughness on the development of suction side boundary layer in the design condition is simulated.The study indicates:The velocity distribution in boundary layer is more plump when roughness on blade surface increases.The aerodynamic loss is induced due to the decreased separation bubble caused by the decreased roughness.The transition is advanced with the enlarged surface roughness,so the boundary layer loss becomes remarkable.%为了研究涡轮叶片烧蚀、腐蚀以及积碳等引起的叶片表面粗糙度增大对吸力面边界层的影响，数值模拟分析了在设计工况下，表面粗糙度对低压涡轮叶片吸力面边界层发展的影响规律。
结果表明：增加叶片表面粗糙度使边界层的速度分布趋于饱满；减小粗糙度可减弱边界层的分离，降低分离损失；增大粗糙度可诱发边界层提前发生转捩；粗糙度愈大，边界层的损失愈加显著。
【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2016(036)008【总页数】5页(P647-651)【关键词】表面粗糙度;涡轮叶片;吸力面;边界层【作者】白涛;王书贤【作者单位】西安航空学院飞行器学院，西安710077;西安航空学院飞行器学院，西安 710077【正文语种】中文【中图分类】V231.3叶片在加工、安装以及实际工作过程中的烧蚀、腐蚀及灰尘的融化附着等使得叶片表面粗糙度增大.叶片表面的粗糙度会显著的影响涡轮在整个工作状态的气动性能，随着粗糙度从0.76 μm增大到10.16 μm，涡轮的效率降低了2.4%[1].当将涡轮叶片表面的粗糙度从10.16 μm降低到0.76 μm时，火箭发动机的高压燃油涡轮泵效率增加了2.5%[2].文献[3]研究表明随着粗糙度的增加，低压涡轮的总对静的效率下降了19%.粗糙度对涡轮性能的影响主要体现在对边界层的影响上.文献[4-5]研究发现在低雷诺数，较小的粗糙度对边界层的发展几乎没有影响，粗糙度的存在使得叶片吸力面分离点前的边界层变薄，因此在大雷诺数状态下,边界层的损失急剧增大.文献[6-7]对比了表面粗糙度和湍流度对涡轮气动性能的影响，研究表明相比于来流湍流度，粗糙度的影响更为显著，尤其是在大粗糙度情况下，改变进口湍流度对总损失几乎没有影响.国外已有的研究均表明了粗糙度对叶轮机的影响不可忽略[8]，国内针对表面粗糙度对涡轮叶片影响也开展了一些工作.文献[9]研究了非光滑叶片通道中涡系结构，结果表明非光滑叶片相比光滑叶片会降低叶栅通道中的损失；文献[10]通过在高压涡轮叶栅上粘贴不同型号的砂纸来模拟粗糙度的大小的影响，其研究结果表明了粗糙度在非设计攻角下的影响更为显著，在不同雷诺数工况下，粗糙度对损失的影响则是一致的.而在公开的文献中关于粗糙度对涡轮叶片边界层发展规律影响的研究则比较欠缺.基于此，本文通过数值模拟方法对表面粗糙度进行探讨验证，从边界层的角度细致分析在不同粗糙度下涡轮叶片吸力面边界层的变化规律，为涡轮叶片的设计、加工、安装和使用等环节提供可供参考的理论数据.为描述不同粗糙度对涡轮叶栅性能的影响，折合粗糙度ks分别取为13 μm、26 μm、53 μm、110 μm和200 μm，分别定义为SL-1，SL-2，SL-3，SL-4和SL-5，二维叶型几何参数见表1.采用软件CFX13.0数值模拟了不同粗糙度对涡轮叶栅性能的影响.具体如下：采用时间追赶的有限体积法，求解三维定常粘性雷诺平均N-S方程；空间离散采用二阶迎风格式，时间离散应用二阶后差欧拉格式；选用湍流模型SST和转捩模型γ-θ (θ为关联函数，γ为间歇函数).通过网格无关性验证，数值模拟单层网格数取为7万，近壁处的延展比为1.2.网格如图1所示.对于粗糙度的模拟，软件CFX通过采用粗糙度修正壁面率来实现.计算边条给定进口总温、总压、气流角和出口给定背压.壁面给定折合粗糙度ks，转捩模型中给定粗糙度k，计算出口马赫数为0.75. 由于压力面的流动处在顺压力梯度下，因此流动加速性好，抵抗流动扰动能力更强.因此文中主要研究表面粗糙度对涡轮吸力面边界层的影响.图 2为吸力面边界层形状因子分布比较.S为相对弧长，无量纲；H12为形状因子.对于光滑叶片，从前缘滞止点后，随着吸力峰后逆压力梯度的出现，形状因子呈迅速增大的趋势，当形状因子增大到4左右，边界层发生分离，再附后的形状因子为2.2左右，为层流边界层，随着边界层的发展，形状因子缓慢增大，当逆压力梯度再次出现时，边界层的速度型变的不饱满，形状因子迅速增大，形状因子为4左右时，边界层发生分离，在尾缘位置时，边界层的形状因子仍保持在4以上，即边界层的分离没有再附，也没有完成转捩.当在叶片表面添加粗糙度时，可以看出在整个弧长范围内，边界层的形状因子都较原始光滑的叶型的形状因子有所减小.这是因为粗糙度的增加，使得边界层的湍动能输运加强，因此随着粗糙度的增加，边界层的速度型越饱满，形状因子的值越低. 由形状因子的分布可以得出，SL-4和SL-5叶型同其他几种小粗糙度边界层的发展呈现出不同的趋势，当扩压段出现时，SL-4叶型边界层的形状因子开始下降，结合图3所示叶片表面的摩擦系数Cf分布，可以得出边界层在逆压力梯度和粗糙度的双重影响下，边界层发生转捩，成为湍流边界层，抵抗分离的能力增强；对于粗糙度最大的SL-5叶型，变化同SL-4叶型，由摩擦系数的变化可以看出，SL-5叶型转捩的位置更靠前.SL-5叶型在80%弧长位置处，摩擦系数突然增大，如图 3所示.对比形状因子，可以得出，当粗糙度增大到45 μm时，边界层的转捩较SL-4有所提前.由摩擦系数的分布还可以看出，当粗糙度为SL-1，SL-2和SL-3时，边界层均发生分离，但由壁面摩擦系数的分布可以看出，分离点的位置基本没有发生改变.发生分离后，粗糙度对分离流的作用使得粗糙叶片表面的分离强度较光滑叶片减弱.当粗糙度达到SL-4，SL-5时，逆压力梯度的出现促使边界层发生了转捩，从而避免了分离，且SL-5较SL-4的转捩位置提前.叶片表面位置示意图如图4所示，图 5给出了20%，60%，80%和95%弧长位置处边界层的速度分布，图 5中v为主流相对速度，无量纲；y为壁面相对距离，无量纲.由边界层的速度型可以看出，在吸力面的不同位置处，增加的粗糙度使得边界层的速度型较光滑叶型的更加饱满，80%弧长位置处为逆压力梯度作用下.边界层分离点前的位置，可以看出光滑叶片边界层速度剖面上已经出现了拐点，表面粗糙度为SL-2也出现拐点，但相对光滑的叶型还较饱满.当表面粗糙度为SL-4，SL-5叶型边界层的速度型饱满，均没有拐点出现.表面粗糙度的不同导致边界层的发展呈现出了不同的变化趋势，边界层的发展趋势不同必然会带来边界层损失的不同.以下将从尾迹处的损失、边界层的动量厚度及边界层内耗散系数这三个方面来分析表面粗糙度带来的损失变化趋势.在尾缘厚度相同的情况下，尾迹损失可以反映边界层的发展状态，图6为叶片下游处尾迹损失的分布.Y为叶片下游处尾迹边界位置，损失系数为式中：Yp为损失系数，无量纲；Plocal为当地总压；P01,P02和P2分别为叶栅进口总压、出口总压及出口静压.当粗糙度从SL-1增大到SL-4时，尾迹的深度和宽度都较原始光滑叶型有所下降.这是因为，增大的粗糙度使得边界层的分离区域变小，吸力面的边界层变薄，因此尾迹的宽度减小，最大亏损的峰值点较小；由前面的分析可知，当粗糙度增大到SL-4时，边界层的分离已经完全消失，因此尾迹最窄，亏损的峰值也达到最低；当粗糙度进一步增大时，边界层提前转捩，变成湍流，粗糙度使得沿着叶片表面发展的湍流边界层的掺混和输运加强，因此湍流边界层变厚，所以尾迹的宽度增大，甚至比原始有分离的光滑叶片的还要大，相比其他几种情况，能量亏损的峰值也达到最大.以耗散系数来计及粘性的耗散和分离流中的耗散,沿着边界层的法线方向积分得到边界层当地的耗散系数，以此来反映边界层当地的损失大小.耗散系数为式中： Lref为参考长度;ρref为参考密度;uref为参考速度;∂ui/∂xj为速度梯度;mji 为同时考虑分子黏性系数和涡黏系数的黏性系数.图7为边界层内耗散系数的积分沿边界层弧线方向的分布.对于光滑叶片，由于前缘吸力峰，和前缘分离泡的存在，使得边界层的耗散增大，分离泡再附位置处，耗散系数Cd达到最小；在之后的顺压力梯度下，边界层内的耗散系数变化并不明显，当逆压力梯度区域再次出现时，摩擦损失减小，因此边界层的耗散系数首先呈下降的趋势，当边界层发生分离后，虽然摩擦损失减小，但分离损失增大的更多，因此耗散系数急剧增大，直到尾缘处.在60%弧长位置之前，粗糙度增大，耗散系数减小.粗糙度增大使得边界层的速度变得的饱满，这使得壁面的法向速度梯度增大，但饱满的边界层，使得整个边界层内的速度梯度变小，边界层的摩擦损失减小；当逆压力梯度出现时，粗糙度增大，如增大到SL-4，SL-5，使得边界层的分离得到抑制，粗糙的壁面促使边界层提前发生转捩，此时边界层中包含由于分子粘性造成的摩擦损失，还包括湍流脉动造成的损失，而湍流脉动带来的损失远大于分子粘性造成的摩擦损失，因此，SL-4，SL-5两种粗糙度下，耗散系数急剧增大，增大程度也明显大于层流分离带来的损失.图8为吸力面边界层动量厚度θ沿叶片弧线方向的分布.在扩压段内，光滑叶片,SL-1,SL-2和SL-3叶型的动量厚度的变化趋势基本相同；由于粗糙度对边界层分离的影响，粗糙壁面的动量厚度要略微小于光滑壁面的动量厚度；当粗糙度增大到SL-4和SL-5时，动量厚度已经明显的大于其他粗糙叶片和光滑叶片的动量厚度，动量厚度的变化趋势和尾迹处损失的变化趋势是一致的.1) 叶片表面粗糙度增加时,吸力面边界层的速度型趋于饱满，吸力面边界层动量厚度沿叶片弧线方向显著增加.2) 涡轮叶片表面粗糙度较小时，饱满的边界层减弱了分离强度，降低了边界层的损失；表面粗糙度增大时，边界层提前发生转捩，转捩后的湍流边界层使气动损失增加；控制叶片表面粗糙度可有效控制吸力面边界层的损失变化规律.(in Chinese)[10] 姚君,刘红.叶片表面粗糙度对透平叶栅气动性能影响的试验研究[J].燃气轮机技术,2008,21(2):28.YAO Jun,LIU Hong.The Experimental Research of Effects of Roughness on the Turbine Cascade Loss Coefficients[J].Gas TurbineTechnology,2008,21(2):28.(in Chinese)【相关文献】[1] TAYLOR R P.Surface Roughness Measurements on Gas Turbine Blades[J].ASME Journal of Turbomachinery,1989,112(2):175.[2] BOYNTON J L,TABIBZADEH R,HUDSON S T.Investigation of Rotor Blade Roughness Effects on Turbine Performance[J].ASME Journal of Turbomachinery,1992,115(3):614. [3] YUN Y I,PARK I Y,SONG S J.Performance Degradation due to Blade SurfaceRoughness in a Single-Stage Axial Turbine[J].ASME Journal ofTurbomachinery,2004,127(1):137.[4] MONTIS M，NIEHUIS R，FIALA A，et al.Effect of Surface Roughness on Loss Behavior,Aerodynamic Loading and Boundary Layer Development of a Low-Pressure Gas Turbine Airfoil[C]//ASME Turbo Expo 2010: Power for Land,Sea,andAir.Glasgow:ASME,2010:1535.[5] DENTON J D.Loss Mechanisms in Turbomachines[J].ASME Journal of Turbomachinery,1993,115(4):115.[6] ZHANG Q，LIGRANI P M，ZHANG Q.Aerodynamic Losses of a Cambered Turbine Vane: Influence of Surface Roughness and Freestream Turbulence Intensity[J].ASME Journal of Turbomachinery,2005,128(3):489.[7] QIANG Z，SANG W L，LIGRANI P M.Effects of Surface Roughness and Turbulence Intensity on the Aerodynamics Losses Produced by a Suction Surface of a Simulated Turbine Airfoil[C]//ASME 2003 International Mechanical Engineering Congress and Exposition.Washington:ASME,2003:77.[8] 邹正平,叶建,刘火星,等.低压涡轮内部流动及其气动设计研究进展[J].力学进展,2007,37(4):551. ZOU Zhengping,YE Jian,LIU Huoxing,et al.Research Progress on Low Pressure Turbine Internal Flows and Related Aerodynamic Design[J].Advances inMechanics,2007,37(4):551.(in Chinese)[9] 闻洁,赵桂林.非光滑叶片对叶栅出口损失分布影响的实验研究[J].航空动力学报,2000,15(1):44. WEN Jie,ZHAO Guilin.An Experiment Study on Effect of Unsmoothed Blade on Cascade Exit Loss Distribution[J].Journal of Aerospace Power,2000,15(1):44.。
叶顶间隙和叶片表面粗糙度对离心压气机性能的影响
叶顶间隙和叶片表面粗糙度对离心压气机性能的影响
余继华1，张勇2a，崔世麒2b，王琳2a
【摘要】摘要：为充分研究叶顶间隙和叶片表面粗糙度对某型离心压气机工作性能的影响，文章分别对不同间隙和粗糙度情况下压气机的工况仿真计算，得到不同的特性线。
分析表明：叶顶间隙和粗糙度越大，增压比和效率越低，粗糙度由0.03mm减小到0.01mm，增压比大约提高了1.5%，工作效率大约提高了1%，叶顶间隙由0.6mm 减小到0.1mm，增压比大约提高了10%，工作效率提高了2.5%。
该研究结果对下一步的改进设计具有重要的参考价值。
【期刊名称】海军航空工程学院学报
【年(卷),期】2016(031)003
【总页数】5
【关键词】离心压气机；叶顶间隙；粗糙度
某型离心压气机正处于研仿阶段，和轴流叶轮相比，离心叶轮的叶片高度要小很多，尤其是叶轮出口处，再加上粘性作用强，雷诺数小，附面层相对厚度更大。
受加工、装配误差及叶轮结构强度等因素影响，相对叶尖间隙尺寸和叶片相对厚度明显增大，因而叶尖间隙泄漏流对叶轮性能的影响相比轴流叶轮更为显著［1-6］。
此外，该型压气机的实际工作环境非常恶劣，盐雾腐蚀、油渍等积垢沉积现象比较严重，这都会导致叶片的表面粗糙度增大，影响流道的流通能力，甚至降低压气机的工作性能。
以上2个因素在压气机研仿阶段必须充分考虑，才能更加准确地设计出所需要的压气机。
随着计算机技术的快速发展，利用CFD技术数值仿真压气机工作流场，不仅可以节省大量的人力物力，还能很大程度上缩短研制周期。
因此，该研究手段在压气机设计中得到越来越广泛。
压气机叶片表面局部粗糙度影响气动性能机理研究作者：张浩周超郭佳男来源：《航空科学技术》2019年第01期摘要：基于某亚声速轴流压气机转子，通过8种研究方案的分析对比，研究了叶片弦向和展向不同局部位置的表面粗糙度对气动性能和流动特性的影响机理，为压气机叶片在维护过程中局部抛光提供了理论依据。
结果表明，抛光叶片前缘附近能极大地改善气动性能，尾缘附近粗糙度对流场能产生有利影响，不需要抛光，抛光叶展方向不同局部粗糙表面均能改善气动性能，但对流场的影响较为复杂。
关键词：轴流压气机;表面粗糙度;局部抛光;气动性能;流场分析中图分类号：V231.3 文献标识码：A航空发动机压气机叶片在长期使用过程中，由于受到外物打伤、摩擦、磨损、侵蚀和烧伤等多种因素的影响[1]，不同局部位置的表面粗糙度发生改变，直接影响着叶片表面的边界层流动和流体绕流，改变压气机内部流场结构，导致压气机性能和整机性能的恶化。
在维护过程中，如果能够有针对性地选择叶片局部位置进行抛光，则可以大量降低维护成本。
通常对于叶片表面粗糙度的研究分为整体粗糙度和局部粗糙度[2]。
整体粗糙度增大时，会降低叶轮机械的性能[3～5];而局部粗糙度对流场的影响比较复杂，可以作为一种被动流动控制手段[6，7]，改善压气机气动性能和内部流动特性。
国内外很多学者对叶片表面粗糙度做了大量的试验和数值研究。
Seung Chut Back等[8，9]研究了低速压气机叶栅，试验表明随叶栅表面粗糙度增加，轴向速度降低，气流转折角和损失系数增加。
Marco Berrino等[10]通过试验和数值方法研究了定常和非定常条件下两种不同雷诺数和三种不同叶片表面粗糙度对涡轮叶栅叶型损失的影响。
PhilippGilge等[11]通过试验手段研究了在涡轮叶栅吸力面的4处局部粗糙度，提出了多个局部粗糙度产生的总损失与每个局部粗糙度产生损失之间的关系。
Semiu A.Gbadebo等[12]则通过给叶片表面粘贴粗糙带的方法来研究局部粗糙度对压气机级性能的影响，试验表明叶片前缘至吸力峰处的粗糙度对压力损失和叶片表面流动的影响较大，而吸力峰至尾缘的影响可以忽略不计。
