3.8.2. Характеристики решеток профилей

Характеристикой решетки профилей называется зависимость угла поворота потока ,(или _реш ), а также коэффициента потерь  от угла атаки i при данном значении числа М₁ .

Такие характеристики могут быть получены экспериментально на специальных аэродинамических стендах, или путем численного моделирования течения на ЭВМ .

Рассмотрим типичную характеристику компрессорной решетки профилей.

1) Угол поворота потока в решетке связан с углом атаки следующим соотношением:

 = + i-

При этом кривизна профиля задана конструктивно - =const.

При небольших углах атаки течение безотрывно, угол отставания потока не меняется, поэтому угол поворота потока растет эквидистантно углу атаки. Но при повышенных углах атаки на спинке профиля (сперва вблизи его задней кромки) возникает срыв потока. Это проявляется в замедлении роста и в последующем падении , а также в резком увеличении . Угол атаки, при котором прекращается рост , называетсякритическим. (При этом угле атаки срыв потока распространяется практически уже на всю поверхность спинки лопатки).

2) При фиксированном М₁=const, однозначно определяет степень повышения давления в решетке. Поэтому с ростом угла атаки _реш изменяется аналогично .

3) При некотором угле атаки коэффициент потерь в решетке имеет наименьшее значение. Однако этот режим не является оптимальным, так как при потери в решетке растут незначительно, тогда как поворот потока и связанное с ним увеличение давления возрастают. Наивыгоднейшее соотношение между адиабатной работой сжатия (повышения давления) воздуха в решетке и потерями достигается обычно при углах атаки, близких к критическим. Но срыв потока в решетке, как Вы увидите дальше, может привести к нежелательным последствиям. Поэтому при выборе расчетного угла атаки нужно обеспечить необходимый запас по отношению кi_кр. Обычно этому соответствует угол атаки i, близкий к нулю, а поворот потока в решетке при этом составляет около 80 % от максимального. Угол атаки , при котором угол поворота потока в решетке равен, и соответствующий ему режим обтекания решетки называютсяноминальными.

Рост коэффициента потерь при уменьшении угла атаки объясняется отрывами п.с. на корытце профилей.

3.8.3. Влияние чисел м и Re на характеристики компрессорных решеток

1) М₁<М _кр . Течение в решетке профилей везде дозвуковое.

С ростом скорости набегающего потока:

• угол поворота практически не меняется =const.

• степень повышения давления  возрастает, т.к. растет кинетическая энергия потока, а следовательно, как это следует из уравнения Бернулли, и работа повышения давления L_п.

• коэффициент потерь несколько увеличивается из-за роста потерь на трение (больше энергии затрачивается на подтормаживание потока в п.с.)

2) М _кр < М₁ <М _max . При М₁=М _кр в межлопаточном канале появляется местная сверхзвуковая зона, замыкающаяся скачком уплотнения, что приводит к появлению волновых потерь. Кроме того, взаимодействие скачков уплотне­ния с пограничным слоем может вызвать отрыв его от поверхности профиля. В результате наблюдается резкое увеличение коэффициента потерь , уменьшение угла пово­рота потока  и степени повышения давления .

3) М₁ =М _max Область местных сверхзвуковых скоростей перекрывает "горло" межлопаточного канала. Дальнейшее увеличение числа M _w1 оказывается невозможным, т.к. расход воздуха через межлопаточный канал становится максимально возможным. Это явление называется запиранием решетки.

Число Рейнольдса, как известно, отражает соотношение между силами инерции и вязкости. При больших числах Re пограничный слой является тонким и его наличие (до точки отрыва, если она есть) не сказывается существенным образом на характере течения вне его.

Если изменение значения числа Re практически не влияет на картину течения, то такое течение называется автомодельным по числам Re.

С уменьшением числа Re роль вязкого трения усиливается. Это приводит к набуханию пограничного слоя и увеличению длины его ламинарного участка. Начиная с некоторого значения Re=Re_кр происходит отрыв пограничного слоя от обтекаемой поверхности и, как следствие, рост потерь полного давления в решетке и некоторое снижение угла поворота потока и степени повышения давления, автомодельность по числам Re нарушается.