● 摘要
航空发动机高压涡轮盘腔内的流动特性研究是发动机热防护中的一项重要内容。本文将实际发动机的高压涡轮盘冷却系统简化成中心进气径向外流的双级旋转涡轮盘腔结构，以实验的方法对盘腔内的流动特性进行分析，为航空发动机涡轮盘腔内流冷却系统的设计提供参考。本实验是在北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室的多功能旋转实验台上完成的。流动实验的主要内容包括探究流量、转速对压力分布以及双级旋转盘腔内流量分配的影响。为获得所需参数，分别在两级腔体的涡轮盘面及一级腔入口处布置了压力测点并使用压力传感器进行压力的测量。在压力分布实验中，得到了不同半径位置处压力随流量系数及旋转雷诺数的变化情况，并对产生该变化的原因进行了分析。结果显示离心力及“泵效应”对压力分布的影响较为明显，同时卷吸入埃克曼层的回流结构也会对压力分布的局部特征产生一定影响。流量分配的静态结果显示当湍流参数趋向于无穷大时流量以某一比例经二级旋转腔的低半径入口进入系统进行冷却，这一趋势与前期计算结果较相符。而在旋转条件下，随湍流参数的增大，流量分配系数有下降并稳定的趋势。实验中会存在一定的测量误差，对造成这些误差的原因进行了分析。为评估压力传感器可能因受旋转离心力而导致的测量误差，实验前对压力传感器进行了旋转状态下的压力标定实验。而为获得进入一级旋转盘腔的流量数据，实验前对该流量与一级盘腔入口处的动压头关系进行了标定并获得了对应关系表。