【航空工业行业标准(HB)】 压气机气动性能试验

中华人民共和国航空工业标准
HB7115-94
压气机气动性能试验
1995-05-04发布
1995-06-01实施
主题内容与适用范围
引用标准
术语、符号
试验分类及试验项目
试验原理和方法概要
试验设备及对其要求
参数测量与测量方法
数据处理与误差分析
试验程序·
10试验报告的格式及内容
附录A比热（容）比Y的计算方法（补充件）次
附录B雷诺数对压气机试验性能影响的修正方法（参考件）(1)
中华人民共和国航空工业标准
压气机气动性能试验
1主题内容与适用范围
HB7115-94
本标准规定了压气机气动热力学性能试验方法，提出了对试验设备、测试方法与测量精度的要求。
本标准适用于以空气为介质，在开式压气机试验器上试验单级、多级轴流式压气机，也适用于离心式压气机或轴流一离心混合式压气机。2引用标准
GB7714文后参考文献著录规则。HB0一89航空涡轮发动机专业常用技术量符号。3术语、符号
本标准除采用下列术语、符号外，其它术语、符号均遵循HB0一89的有关规定。3.1术语
3.1.1压力
3.1.1.1进口静压
试验压气机进口测量截面上的静压。3.1.1.2进口总压
试验压气机进口测量截面上的总压。3.1.1.3出口静压
试验压气机出口测量截面上的静压。3.1.1.4出口总压
试验压气机出口测量截面上的总压。3.1.1.5叶片排间静压
各叶片排之间的间隙中的静压，其中，静子后间隙中的静压称为级间静压。3.1.1.6叶片排间总压
各叶片排之间的间隙中的总压，其中，静子后间隙中的总压称为级间总压。3.1.2温度
3.1.2.1进口总温
试验压气机进口测量截面上的总温。3.1.2.2出口总温
中国航空工业总公司1995-05—04发布1995—06—01实施
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试验压气机出口测量截面上的总温。3.1.2.3叶片排间总温
各叶片排之间的间隙中的总温，其中，静子后间隙中的总温称为级间总温。3.1.3试验状态
在给定的等换算转速下，进、排气节气门处于某一开度时，试验压气机所处的工作状态。运行两分钟后的试验状态称为稳定试验状态。3.1.4等嫡压缩功
单位质量空气由进口总压、总温绝热等压缩到出口总压所消耗的功。3.1.5等熵压缩功率
等摘压缩功与空气质量流量之积。3.1.6等摘效率
等橘压缩功与实际消耗压缩功之比。3.1.7温升效率
等滴压缩功与实测温升计算的实际消耗压缩功之比。3.1.8扭矩效率
等腐压缩功与用实测轴扭矩计算的实际消耗压缩功之比。3.1.9等换算转速线
在保持换算转速不变的条件下，总压比和效率随换算流量变化的曲线。该曲线应由不少于七个试验状态点构成。
3.1.10总性能曲线
一系列等换算转速线组成的压气机试验曲线。3.1.11稳定工作极限
保持换算转速不变，当流量减少到某一数值时，若继续减少流量，则出现气流参数强烈脉动，即为嘴振或严重失速。临近喘振或严重失速的试验状态称为稳定工作极限。3.1.12稳定工作近界
各换算转速下，稳定工作极限的连线，俗称嘴振边界或失速边界。3.1.13稳定工作裕度
各换算转速下，发动机共同工作点到稳定工作边界的计算容限，俗称喘振裕度。3.1.14基元级性能
用试验压气机基元流面上进、出口气流参数测量数据计算的性能。3.1.15进口节流比
试验压气机进口总压与当地大气压之比。3.2符号
3.2.1上角标符号
滞止参数
3.2.2下角标符号
流量管进口截面
试验压气机进口截面
试验压气机出口截面
按温度计算的
按扭矩计算的
稳定工作极限的
参考的
换算的
大气的
4试验分类及试验项目
4.1试验分类
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在大气进气条件下，压气机试验可分为以下三类：a.全尺寸压气机试验；
b.模型压气机试验；
c.研究性压气机试验。
随着我国航空技术的发展，将进行非大气进气条件下的压气机试验。4.2试验项目
压气机试验主要包括：
a.单涵（双涵）压气机的总性能、基元性能及部分级性能试验；b.压气机性能调试与诊断。
5试验原理和方法摄要
各类压气机试验均应遵守相似准则。试验设备典型方案见图1。试验时，动力装置驱动试验压气机，空气经防尘网1、流量管2、进气节气门4和稳压箱6被吸入试验压气机，经压缩后，通过排气涡壳和排气道排入大气。压气机试验是沿等转速线进行的，按试验时大气温度及需要试验的换算转速计算出压气机的物理转速。动力装置将试验压气机带到该转速后，调节排气节气门的开度，改变试验压气机出口反压，进而达到改变试验状态的目的。在各试验状态下，录取相应状态点的性能参数，得到从最大流量试验状态到稳定工作极限之间数个试验状态的总性能、基元性能和级性能。此外，可根据不同的试验目的，布置测点数目，获得所需要的性能参数。6试验设备及对其要求
6.1进气滤清装置
为保证流入试验压气机的空气清洁，应在试验装置进口设置空气过滤室或防尘网，使15μm的尘埃能被滤去75%以上。6.2流量管
6.2.1为保证测量截面处的速度场均勾，流量管的进气喇叭口内壁应按公式（1)造型，型面加3
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工精度应在七级以上，表面粗糙度低于√。其尺寸示意图见图2。R?a\cos2α
式中：0.6Dα=0～45°
1.防尘网
5.扩压段
9.内涵蜗壳
2.流量管
6.稳压箱
10.测扭器
3.进气旁路阅
7.试验件
11.动力进口蜗壳
4.进气节气门
8外涵蜗壳
12.动力装置
动力排气
6.2.2用周向均布四个实测直径的算术平均值计算测量截面的面积。用附面层探针测量附面层位移厚度，以便确定流量系数。确定流量系数的方法如下：a.在给定马赫数（Ma）下，用单点移动附面层探针或多点附面层探针测取流量管测量截面总压的径向分布，用所测总压和壁面静压计算速度系数（入）的径向分布；b.取主流区入数的0.99倍作为附面层起始点的入数，决定附面层的厚度；c.取附面层厚度的八分之一作为附面层位移厚度；4
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d.测量截面面积扣除附面层位移厚度所占面积，称为有效流通面积；e.有效流通面积与测量截面面积之比为流量系数：f.测定流量系数时，应测定流量系数随Ma变化的曲线。6.2.3在测量截面上，周向均布四个以上壁面静压孔，每点壁面静压用各自的压力传感器测量，静压不均匀度（Dp）不大于1%，按公式（2）计算。Dp
式中，P，一测量截面总压平均值；P一各测点壁面静压的算术平均值。Pmar —Pai
6.2.4为保证壁面静压测量精度，流量管分成若干组，各组流量管内的气流马赫数的范围应为0.2～0.6。根据试验压气机流量范围选择相应组别的流量管。6.2.5流量管设计时应符合图3所示的特征尺寸。双扭线型面与圆柱段的切点A到静压测量截面的距离L，=0.20～0.25D，静压测量截面后平直段的长度L，≥1.5D，静压测量截面到进气节气门的距离L3>6D，进气节气门后的扩散段之当量扩张角为7°8°。进气节气门应选用百叶窗式。
1.进气节气门
6.3稳压箱
2.扩敬段
空气流经稳压箱的速度不大于25m/s，稳压箱的长度与直径之比为1.7～3.0。稳压箱内应设置整流装置，并要求在试验压气机进口装集流器，如果采用进气喇叭口作为集流器的话，进气喇叭口伸入稳压箱的距离不小于1.01.5倍进气喇叭口直径，以保证试验压气机进口速度瑞流度不大于3%，总压不均匀度不大于5%。总压不均匀度（D）按公式（3）计算。D=Par -P.
式中的P由平均总压、质量流量、平均温度和截面面积计算。：(3)
6.4进气系统
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从流量管进口到稳压箱出口应具有良好的密封性，并定期做密封性检查。做密封性检查时，在试验设备要求的最大真空度下保持三分钟，压力回升应不大于1kPa。6.5排气系统
排气系统（排气扩压器、收集器、排气节气门等）的设计应尽量减少对试验压气机出口流场的影响，总压不均匀度不大于10%，按公式（3）计算。排气扩压器的设计应保证它具有较少的流动损失，可以根据试验压气机出口通道尺寸配置排气卡板。
排气节气门位置的选定应使排气容腔尽可能小，一般应设有慢速逼喘和快速退嘴装置。6.6转速测量系统
试验设备上应配备两套转速测量系统，以便相互校验。7参数测量与测量方法
7.1测量裁面和测点布置
7.1.1试验压气机进口测量截面平直段前应设置一段2°～4°的收敛段，该测量截面选在距第一排叶片前缘0.3～1.0b处，总静压测点应位于同一截面上。7.1.2试验压气机出口通道应保证一段平直段。在单级压气机试验中，出口总压和总温测量截面距末排静子叶片排气边缘应为0.5～0.7b：在多级（全台）压气机试验中，该截面距未排静子叶片排气边缘应为1.0～3.0b。静压、壁面静压和气流方向的测量截面应在0.2b处，静压与气流方向测点位于同一截面上。若选用沿径向、周向移动的总压、总温、静压及方向组合探针，测量截面亦可选在0.2b处。注：b指对应叶片算术平均半径处叶片弦长的轴向投影。7.1.3级间测量截面根据试验压气机具体结构及试验要求确定。7.1.4转子后参数测量，在保证测点位于叶片排间隙内的前提下，允许探针支杆置于静子槽道中。
7.1.5进出口测量截面探针安装座周向不少于八个。径向测点在进口不少于五点，在出口不少于三点。
对于离心式压气机或轴流一离心混合式压气机，由于结构复杂、通道小、曲率大，测点布置困难，测点布局可视情而定。
7.2对探针设计的要求
在确保安全可靠的前提下，探针尺寸要尽量小，有良好的气动外形，减少对所测流场的干扰。温度探针要有良好的气密性，否则各测点之间的温度产生相互影响，或者，因外界空气泄入使所测温度偏低。因此，压力探针应在探针测量要求的工作压力值下做气密性检查，保证无泄漏现象。
7.3参数测量
7.3.1进口总压测量
用四支多点总压探针测量进口总压，用面积平均方法计算进口总压平均值。有进口支板6
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时，应测量支板尾迹，按质量加权平均方法修正进口总压，7.3.2出口总压测量
7.3.2.1用一支沿径向移动粑形总压探针或者多支（10～12支）多点总压探针测量出口总压时，多支多点总压探针沿周向布置应考虑栅距方向的总压不均匀因素。粑形总压探针的周向测点宽度应为1.2倍叶尖栅距，测点间距为3~5mm。7.3.2.2用位移机构或者旋转机匣带动单点组合探针测量覆盖1.2倍橱距的扇形面内的总压。
7.3.2.3用多支粑形总压探针测量出口总压，每支靶形总压探针分别置于出口测量截面等环面的平均半径上。
7.3.3壁面静压测量
在各测量截面的内、外壁开静压孔，孔径为0.51.0mm，孔深大于3倍孔径，孔的中心线垂直于气流方向，允许顺气流方向倾斜不大于30°，孔口保持锐边无毛刺；进出口测量截面的内、外壁静压孔不少于四个，级间壁面静压孔位于静叶槽道中心线上。若结构允许，静压孔应居于静叶进气边和动叶排气边中间截面上7.3.4进出口静压测量
用多点T形或单点径向移动静压探针测量静压的径向分布，近壁静压参考内、外壁静压值确定。
7.3.5进口总温测量
进口总温可以用电阻温度计，也可用热电偶测量。测量点应设置在进气系统中气流速度最低的部位。
7.3.6出口总温测量
用粑形总温探针或6～8支多点总温探针测量出口温度。多点总温探针的周向布置应考虑周向温度的不均匀性；也可用温升法直接测量压气机的温升，计算压气机温升效率。出口总温测量截面可以稍后于压力测量截面，用算术平均法计算出口总温平均值。计算各测量温度时，按温度探针形式选取相应的温度恢复系数。7.3.7气流方向测量
允许采用不同型式的气动探针测量气流方向，探针或位移机构需要有定位基准。7.3.8转子后参数测量
7.3.8.1用高频响压力探针和高速采集器组成的动态系统测量转子后动态参数。7.3.8.2用静叶前缘敷设总压和总温测点的稳态测量方法，或者用五孔探针沿径向移动的方法测量转子后参数。分析这些测量参数时，要考虑用稳态仪表测量动态参数所产生的影响，7.3.9扭矩测量
用测扭器测量扭矩时，应对扭矩测量值做机械效率等影响的修正。在无试验压气机或试验压气机不装叶片的情况下进行扭轴动校准，是修正机械效率等影响因素的一种方法。7.3.10转速测量
转速传感器分别设置在动力装置输出轴和试验压气机的传动轴上。动力装置的转速测量系统按其各自的特点选取。试验压气机传动轴的转速可以用转矩转速测量仪测量，亦可用音7
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轮、磁电式传感器和频率计组成的系统测量。7.3.11稳定工作极限出口压力的测量7.3.11.1在出口平均半径处，用粑形总压探针中的一个测点采集稳定工作极限出口总压时：要进行周向和径向修正若同时采集周向各测点的总压值，仅考虑径向修正即可。7.3.11.2如果用沿周向置于不同半径位置的多支粑形总压探针或多支多点总压探针采集稳定工作极限出口总压时，应同时采集全部测点压力值。取环面积加权平均值作为该状态的出口总压值。以上两种稳定工作极限出口压力测基方法没有计入测压管路滞后效应带来的影响。7.3.11.3如果在直径为8mm的管子上开直径为4mm的孔制成单点总压探针，该探针顶部装有压力传感器，测压孔位于出口平均半径处，采集稳定工作极限出口压力。逼时，录取单点总压探针的压力值用等转速线上各状态点的该点压力值和出口总压平均值绘制关系曲线。外插得到出口总压，计算该状态压比。7.3.11.4用各状态点的排气节气门角度值或其它与出口总压平均值有固定函数关系的任意参数与出口总压平均值绘制关系曲线。逼喘时，记录排气节气门角度值，或其它与出口总压平均值固定函数关系的任意参数，外插得到出口总压平均值，计算该状态压比。7.3.11.3条和7.3.11.4条中两种稳定工作极限出口压力测量方法消除了测压管路滞后效应带来的影响。
7.3.11.5如果需要单独录取某一转速的稳定工作极限参数，应录取接近喘振或失速的稳定试验状态参数后再进行。
7.4测量系统的校准
7.4.1压力测量系统的校准
试验前应对压力系统进行校准，必要时，在试验过程中进行实时校准，标准传感器和标准压力发生器按计量规定时间定期标定。7.4.2温度测量系统的校准
应对不同批次的热电偶偶丝进行标定，为提高温度测量精度，应对每对偶丝进行单独标定。有条件的单位，应测定所使用热接点结构形式的温度恢复系数。7.4.3扭矩测量系统的校准
应定期对扭矩测量系统进行静校准和动校准。7.4.4探针的校准
探针要有规则的校准曲线，校准曲线内含压缩性等影的修正。7.4.5转速测量系统的校准
应定期对转速测量系统进行校准。7.5参数测量的精度
测量参数的精度见表1。
参数名称
大气压力
参数名称
进口温度
出口温度
气流方向角
7.6性能参数的精度
性能参数的精度见表2。
参数名称
质量流量
温升效率
扭矩效率
8数据处理与误差分析
8.1测量截面参数平均值的计算
HB7115-94
续表1
测量截面参数平均值可按算术平均值、环面积加权平均值及质量加权平均值三种方法计算。
8.1.1算术平均值的计算
算术平均值的计算公式如下：
8.1.2环面积加权平均值的计算
环面积加权平均值计算公式如下：X,
Z[(R-R-)Xa]/
8.1.3质量加权平均值的计算
质量加权平均值的计算公式如下：HB7115-94
P:q(A)cosα(R? - R-,)X
P:g(a)cosa,(R-R)
式中x，x，x，一定义的参数平均值；XuXzXa—i点参数的测量值
A，一环面面积，m；
R,--环面外径,m;
R-1环面内径，m；
α：气流方向与轴线的夹角，度；i—测点数；
i测点总数。
8.2性能参数计算公式
8.2.1质量流量计算公式
丫十1
W=KwmA-
式中：Kw一流量系数；
A一流量管测量截面面积，m?；
T。一大气温度，K；
P。一流量管测量截面总压，Pa
P。一流量管测量截面静压，Pa；Po
m系数，按公式（8)计算，(kg·K)o.5/jo.5m
对于空气而言，在常温下取Y=1.4，R=287.06J/（kg·K），则m=0.0404，公式（7）可改写成：
W = 0. 1561KwA P[()
换算流量计算公式
W.w101325
式中：P”一试验压气机进口总压，Pa；T一试验压气机进口总温，K。