全叶高合成双射流对大折转角扩压叶栅的影响

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27734

流体力学与飞行力学

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全叶高合成双射流对大折转角扩压叶栅的影响

朱寅鑫, 彭文强, 罗振兵(), 康赢, 赵志杰, 程盼, 刘杰夫

国防科技大学空天科学学院，长沙 410073

收稿日期:2022-06-30 修回日期:2022-07-27 接受日期:2022-09-23 出版日期:2022-10-08 发布日期:2022-09-30
通讯作者: 罗振兵 E-mail:luozhenbing@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52075538);国家科技重大专项(J2019-II-0016-0037);国防科技大学基金(ZK-22-30)

Influence of full⁃span dual synthetic jets on high⁃turning compressor cascade

Yinxin ZHU, Wenqiang PENG, Zhenbing LUO(), Ying KANG, Zhijie ZHAO, Pan CHENG, Jiefu LIU

College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China

Received:2022-06-30 Revised:2022-07-27 Accepted:2022-09-23 Online:2022-10-08 Published:2022-09-30
Contact: Zhenbing LUO E-mail:luozhenbing@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52075538);National Science and Technology Major Project(J2019-II-0016-0037);Foundation of National University of Defense Technology(ZK-22-30)

摘要/Abstract

摘要：

为有效改善大折转角扩压叶栅性能，通过数值计算方法对合成双射流控制叶栅损失进行了研究。分别探究了合成双射流的射流槽位置、射流动量系数、激励频率对控制效果的影响。结果表明：合成双射流可以将原始叶栅流场的非对称分离结构变为对称结构，且合成双射流的周期性吹吸气特性可使吸力面表面的分离涡发生周期性脱落，从而显著降低通道内的损失。射流槽位置、射流动量系数存在有效控制范围，在有效控制范围内，控制效果明显。其中射流槽位置是影响控制效果的关键因素。当合成双射流施加在原始叶栅的分离涡强度较大且分离涡充分发展的位置时，控制效果最好。合理的激励频率可进一步提升控制效果。全叶高的合成双射流控制可使总压损失系数最大降低54.8%。

关键词: 合成双射流, 流动控制, 大折转角叶栅, 压气机, 静子叶栅, 总压损失

Abstract:

To effectively improve the performance of the high-turning cascade， a numerical simulation investigation on using dual synthetic jets for controlling the cascade loss is conducted. The effects of jet slot position， injection coefficient and excitation frequency on the control effect of dual synthetic jets are investigated.Results show that dual synthetic jets can change the asymmetrical separation structure of the baseline cascade into a symmetrical structure. The periodic blowing and suction of the dual synthetic jets can cause periodical shedding of the separation vortex on the suction side of the blade. Thus， the loss in the blade passage is significantly reduced. There is an effective control range for the position of the jet slots and the injection coefficient， within which the control effect is significant. Among them， the position of the jet slot is the key factor affecting the control effect. The best control effect can be achieved when the dual synthetic jets are applied at the position where the strength of separation vortex in the original blade is great and the vortex is fully developed. The reasonable excitation frequency can further improve the control effect. Full-span dual synthetic jets can reduce the total pressure loss coefficient by up to 54.8%.

Key words: dual synthetic jets, flow control, high-turning cascade, compressor, stator cascade, total pressure loss

中图分类号:

V231.3

朱寅鑫, 彭文强, 罗振兵, 康赢, 赵志杰, 程盼, 刘杰夫. 全叶高合成双射流对大折转角扩压叶栅的影响[J]. 航空学报, 2023, 44(12): 127734-127734.

Yinxin ZHU, Wenqiang PENG, Zhenbing LUO, Ying KANG, Zhijie ZHAO, Pan CHENG, Jiefu LIU. Influence of full⁃span dual synthetic jets on high⁃turning compressor cascade[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(12): 127734-127734.

图/表 20

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表 1

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参考文献 34

1	郑新前，王钧莹，黄维娜，等. 航空发动机不确定性设计体系探讨［J］. 航空学报， 2023， 44（7）： 027099.
	ZHENG X Q， WANG J Y， HUANG W N， et al. Uncertainty-based design system for aeroengines［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2023， 44（7）： 027099.
2	曹传军，刘天一，朱伟，等. 民用大涵道比涡扇发动机高压压气机技术进展［J］. 航空学报， 2023， 44（12）： 027824.
	CAO C J， LIU T Y， ZHU W， et al. Technology development in high pressure compressor of civil high bypass-ratio turbofan engine［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2023， 44（12）： 027824 （in Chinese）.
3	索德军，孙明霞，梁春华，等. 美国战斗机发动机技术研究与产品研制的发展特点及趋势分析［J］. 航空发动机， 2016， 42（6）： 82-89.
	SUO D J， SUN M X， LIANG C H， et al. Review on technical investigation and product development of fighter engine in US［J］. Aeroengine， 2016， 42（6）： 82-89 （in Chinese）.
4	HECKLAU M， GMELIN C， NITSCHE W， et al. Experimental and numerical results of active flow control on a highly loaded stator cascade［J］. Institution of Mechanical Engineers， Part A： Journal of Power and Energy， 2011， 225（7）： 907-918.
5	李仁康，王如根，何成，等. 涡流发生器对高负荷压气机叶栅角区分离影响的实验研究［J］. 实验流体力学， 2017， 31（6）： 22-28.
	LI R K， WANG R G， HE C， et al. Experimental investigation on the effects of vortex generator on corner separation in a high-load compressor cascade［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics， 2017， 31（6）： 22-28 （in Chinese）.
6	王何建，刘波，张博涛. 大弯角开槽叶栅槽道位置与结构研究［J］. 推进技术， 2021， 42（12）： 2675-2683.
	WANG H J， LIU B， ZHANG B T. Slot position and structure of large camber slotted cascades［J］. Journal of Propulsion Technology， 2021， 42（12）： 2675-2683 （in Chinese）.
7	CAO Z Y， SONG C， LIU B， et al. Influence of endwall slotted injection on performance and flow physics in a compressor cascade［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part A： Journal of Power and Energy， 2021， 235（3）： 319-334.
8	刘华坪，陈焕龙，李德雄，等. 射流旋涡发生器控制大折转角扩压叶栅二次流［J］. 航空动力学报， 2015， 30（4）： 838-845.
	LIU H P， CHEN H L， LI D X， et al. Secondary flow control in high-turning compressor cascade using vortex generator jet［J］. Journal of Aerospace Power， 2015， 30（4）： 838-845 （in Chinese）.
9	高丽敏，郭彦超，李瑞宇，等. 高亚声速下附面层抽吸控制压气机叶栅流动分离的研究［J］. 推进技术， 2022， 43（4）： 143-152.
	GAO L M， GUO Y C， LI R Y， et al. Flow separation of compressor cascade controlled by boundary layer suction at high subsonic velocity［J］. Journal of Propulsion Technology， 2022， 43（4）： 143-152 （in Chinese）.
10	安鑫，孙小磊，崔伟伟，等. 端壁抽吸对跨声速转子流动特性影响研究［J］. 推进技术， 2016， 37（9）： 1664-1672.
	AN X， SUN X L， CUI W W， et al. Investigation on effects of end wall boundary layer suction on transonic rotor flow characteristics［J］. Journal of Propulsion Technology， 2016， 37（9）： 1664-1672 （in Chinese）.
11	张海灯，李应红，吴云，等. 高速压气机叶栅纳秒脉冲等离子体流动控制仿真研究［J］. 航空学报， 2014， 35（6）： 1560-1570.
	ZHANG H D， LI Y H， WU Y， et al. Simulation research of nanosecond pulsed plasma actuation flow control on high speed compressor cascade［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2014， 35（6）： 1560-1570 （in Chinese）.
12	周岩，罗振兵，王林，等. 等离子体合成射流激励器及其流动控制技术研究进展［J］. 航空学报， 2022， 43（3）： 98-140.
	ZHOU Y， LUO Z B， WANG L， et al. Plasma synthetic jet actuator for flow control： Review［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（3）： 98-140 （in Chinese）.
13	孙志坤，史志伟，张伟麟，等. 等离子体激励器对高速翼型升阻特性的影响［J］. 航空学报， 2022， 43（S2）： 23-39.
	SUN Z K， SHI Z W， ZHANG W L， et al. Effect of plasma actuator on lift-drag characteristics of high-speed airfoil［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（S2）： 23-39 （in Chinese）.
14	张攀峰，王晋军，冯立好. 零质量射流技术及其应用研究进展［J］. 中国科学（E辑：技术科学）， 2008， 38（3）： 321-349.
	ZHANG P F， WANG J J， FENG L H. Research progress of zero mass jet technology and its application［J］. Science in China （Series E： Technological Sciences）， 2008， 38（3）： 321-349 （in Chinese）.
15	冯立好，魏凌云，董磊，等. 飞翼布局飞机耦合运动失稳的主动流动控制［J］. 航空学报， 2022， 43（10）： 527353.
	FENG L H， WEI L Y， DONG L， et al. Active flow control for coupled motion instability of flying-wing aircraft［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（10）： 527353 （in Chinese）.
16	ZANDER V， HECKLAU M， NITSCHE W， et al. Active flow control by means of synthetic jets on a highly loaded compressor cascade［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part A： Journal of Power and Energy， 2011， 225（7）： 897-908.
17	GMELIN C， STEGER M， ZANDER V， et al. Numerical investigations of active flow control using synthetic jets on a highly loaded compressor stator cascade［C］∥Proceedings of ASME 2010 3rd Joint US-European Fluids Engineering Summer Meeting Collocated with 8th International Conference on Nanochannels， Microchannels， and Minichannels.New York：ASME，2011： 1071-1080.
18	ZHENG X Q， ZHOU S， LU Y J， et al. Flow control of annular compressor cascade by synthetic jets［J］. Journal of Turbomachinery， 2008， 130（2）： 021018.
19	秦勇，宋彦萍，陈浮，等. 合成射流控制高速扩压叶栅二次流的数值模拟［J］. 航空动力学报， 2018， 33（4）： 792-802.
	QIN Y， SONG Y P， CHEN F， et al. Numerical simulation of secondary flow control on high-speed compressor cascade with synthetic jets［J］. Journal of Aerospace Power， 2018， 33（4）： 792-802 （in Chinese）.
20	蔡乐，周逊，卢少鹏，等. 合成射流控制高负荷扩压叶栅分离数值研究［J］. 工程热物理学报， 2013， 34（4）： 632-636.
	CAI L， ZHOU X， LU S P， et al. Numerical investigation on effectiveness of flow separation control in high-load compressor cascade by synthetic jet［J］. Journal of Engineering Thermophysics， 2013， 34（4）： 632-636 （in Chinese）.
21	GIORGI M G， LUCA C G， FICARELLA A， et al. Comparison between synthetic jets and continuous jets for active flow control： Application on a NACA 0015 and a compressor stator cascade［J］. Aerospace Science and Technology， 2015， 43： 256-280.
22	BENINI E， BIOLLO R， PONZA R. Efficiency enhancement in transonic compressor rotor blades using synthetic jets： A numerical investigation［J］. Applied Energy， 2011， 88（3）： 953-962.
23	刘强，罗振兵，邓雄，等. 基于POD方法的合成双射流流场模态分析［J］. 空气动力学学报， 2020， 38（6）： 1027-1033.
	LIU Q， LUO Z B， DENG X， et al. Modal analysis of dual syntehtic jets based on POD method［J］. Acta Aerodynamica Sinica， 2020， 38（6）： 1027-1033 （in Chinese）.
24	罗振兵，夏智勋，邓雄，等. 合成双射流及其流动控制技术研究进展［J］. 空气动力学学报， 2017， 35（2）： 252-264.
	LUO Z B， XIA Z X， DENG X， et al. Research progress of dual synthetic jets and its flow control technology［J］. Acta Aerodynamica Sinica， 2017， 35（2）： 252-264 （in Chinese）.
25	王林，罗振兵，夏智勋，等. 合成双射流控制翼型分离流动的数值研究［J］. 空气动力学学报， 2012， 30（3）： 353-357.
	WANG L， LUO Z B， XIA Z X， et al. Numerical simulation of separated flow control on an airfoil using dual synthetic jets［J］. Acta Aerodynamica Sinica， 2012， 30（3）： 353-357 （in Chinese）.
26	李玉杰，罗振兵，邓雄，等. 合成双射流控制NACA0015翼型大攻角流动分离试验研究［J］. 航空学报， 2016， 37（3）： 817-825.
	LI Y J， LUO Z B， DENG X， et al. Experimental investigation on flow separation control of stalled NACA0015 airfoil using dual synthetic jet actuator［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2016， 37（3）： 817-825 （in Chinese）.
27	LUO Z B， ZHAO Z J， LIU J F， et al. Novel roll effector based on zero-mass-flux dual synthetic jets and its flight test［J］. Chinese Journal of Aeronautics， 2022， 35（8）： 1-6.
28	刘火星，李凌，蒋浩康，等. 二维NACA65叶型前缘几何形状对气动性能的影响［J］. 工程热物理学报， 2003， 24（2）： 231-233.
	LIU H X， LI L， JIANG H K， et al. Effect of leading-edge geometry on separation bubble on a NACA65 compressor blade［J］. Journal of Engineering Thermophysics， 2003， 24（2）： 231-233 （in Chinese）.
29	BOGDONOFF H E. Blade design data for axial-flow fans and compressors： NACA-WR-L-635［R］. Washington， D.C.： NACA， 1945.
30	BESELT C， ECK M， PEITSCH D. Three-dimensional flow field in highly loaded compressor cascade［J］. Journal of Turbomachinery， 2014， 136（10）： 101007.
31	GBADEBO S A， CUMPSTY N A， HYNES T P. Three-dimensional separations in axial compressors［J］. Journal of Turbomachinery， 2005， 127（2）： 331-339.
32	LEI V M， SPAKOVSZKY Z S， GREITZER E M. A criterion for axial compressor hub-corner stall［J］. Journal of Turbomachinery， 2008， 130（3）： 031006.
33	NERGER D， SAATHOFF H， RADESPIEL R， et al. Experimental investigation of endwall and suction side blowing in a highly loaded compressor stator cascade［J］. Journal of Turbomachinery， 2012， 134（2）： 021010.
34	JEONG J， HUSSAIN F. On the identification of a vortex［J］. Journal of Fluid Mechanics， 1995， 285： 69-94.

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弦长/mm	100
栅距/mm	65
稠度	1.538
展弦比	1
安装角/（°）	68.8

[1]	曹传军, 刘天一, 朱伟, 王进春. 民用大涵道比涡扇发动机高压压气机技术进展[J]. 航空学报, 2023, 44(12): 27824-027824.
[2]	邵帅, 郭正, 贾高伟, 陈清阳, 侯中喜, 张来平. 中等展弦比飞翼布局无人机后缘射流滚转控制[J]. 航空学报, 2023, 44(10): 127437-127437.
[3]	冯雅婷, 张辉. 基于车尾风能回收的气动减阻装置[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 180-191.
[4]	罗凯, 王永海, 汪球, 栗继伟, 李峥, 聂春生, 李铮. 高焓风洞中等离子体激励流动控制试验[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 89-96.
[5]	张旭东, 李铮, 董昊, 高思源, 纪祖赑, 黎凯昕, 白光辉. 高超声速流场等离子体逆向喷流减阻特性[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 115-123.
[6]	李铮, 徐聪, 张健, 李萌萌, 马祎蕾, 白光辉. 等离子体合成射流激励器高速流场逆向喷流控制[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 225-232.
[7]	马正雪, 罗振兵, 赵爱红, 周岩, 谢玮, 刘强, 朱寅鑫, 彭文强. 高超声速流场等离子体合成射流逆向喷流特性[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 192-203.
[8]	罗凯, 汪球, 李进平, 赵伟. 基于高温真实气体效应的双锥磁流体流动控制[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 76-88.
[9]	韩路阳, 王斌, 蒲亮, 陈青, 郑海滨. 能量沉积减阻技术机理及相关问题研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 26032-026032.
[10]	安利平, 王昊, 王掩刚, 朱自环. 跨声速压气机湿压缩性能及流动特性[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 126024-126024.
[11]	刘强, 涂国华, 罗振兵, 陈坚强, 赵瑞, 袁先旭. 延迟高超声速边界层转捩技术研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(7): 25357-025357.
[12]	王昊, 薛飞, 岳少原, 王掩刚. 对转压气机变转速比失速类型试验[J]. 航空学报, 2022, 43(7): 125596-125596.
[13]	周岩, 罗振兵, 王林, 夏智勋, 高天翔, 谢玮, 邓雄, 彭文强, 程盼. 等离子体合成射流激励器及其流动控制技术研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(3): 25027-025027.
[14]	魏自言, 李杰, 张恒, 杨钊. 某层流验证机层流翼段气动改进设计[J]. 航空学报, 2022, 43(11): 526760-526760.
[15]	章胜华, 邓枫, 覃宁, 刘学强. 激波控制鼓包对跨声速抖振影响的数值研究[J]. 航空学报, 2022, 43(11): 526806-526806.

全叶高合成双射流对大折转角扩压叶栅的影响

Influence of full⁃span dual synthetic jets on high⁃turning compressor cascade

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