题目：涡轮叶片边界层非定常流动实验模拟及测试技术研究

无论是高推重比涡扇发动机还是大涵道比涡扇发动机都对低压涡轮部件提出了不断减轻重量的要求，因此设计高负荷低压涡轮叶片、降低低雷诺数条件下叶片边界层分离损失对于提升发动机性能都具有重要意义。这两方面工作要解决的核心问题是叶片吸力面边界层流动控制，而低压涡轮叶片边界层内存在分离、转捩等复杂流动现象，而负荷分布形式、低雷诺数、上游尾迹周期性作用等因素的影响使得问题更加难以预测。一直以来，对叶片表面边界层非定常流动的实验模拟和测试技术都制约着低压涡轮气动设计技术的发展。基于平板模拟技术的优势，本文发展了一套涡轮叶片边界层非定常流动实验模拟方法，包括上游非定常尾迹模拟技术和由柔壁控制机构及抽吸装置完成的负荷模拟技术。明确了边界层模拟所需的来流条件，利用圆柱排模拟上游叶片尾迹的基本原则及尾迹模拟机构高速稳定运转的方法，总结发展了利用可变几何壁面在平板上实现涡轮吸力面负荷分布的方法。形成了一套涡轮叶片边界层非定常流动的测试技术，包括压力测量技术、烟线显示技术、热线边界层测试技术、表面热膜测试技术以及动态测量干扰信号的排除技术。重点发展了在信号微弱条件下能够进行有效测量的压力测量方法，热线及表面热膜在边界层测量中的应用方法，并探讨了表面热膜测试的不确定性，最后给出了动态测量干扰信号的排除方法。利用发展的实验和测试技术，针对某负荷下的无尾迹作用和有尾迹作用时的边界层发展情况进行了研究，观察到了明显的calming效应。通过对表面负荷分布、表面热膜以及热线测量参数的分析，得到了全面准确的边界层信息，包括无尾迹作用时边界层的分离、转捩和再附位置，主导分离泡转捩的机制；有尾迹作用时尾迹所诱导产生的湍流斑和寂静区对于边界层发展的影响等。实验结果表明，本文所发展的涡轮叶片边界层非定常流动实验模拟及测试技术是有效和可靠的。