张晶辉，张振扬

(1.西安航空学院 飞行器学院， 西安 710077； 2.北京航天试验技术研究所, 北京 100074)

1 引言

轴流涡轮导叶下游的高温燃气会通过动静盘在轮缘处的间隙入侵涡轮盘腔，进而影响涡轮盘及动叶榫槽的工作安全和使用寿命，一般通过从高压压气机某级出口引入冷气到涡轮盘腔相应部位对涡轮盘进行冷却，同时也作为封严气体，从转静间隙流入主流，阻止高温燃气通过间隙入侵涡轮盘腔。封严冷气流量过大，也会降低航空发动机整机的气动效率。研究表明，入侵燃气增加到一定流量可降低涡轮盘寿命的50%，减小50%的封严冷气量可提高涡轮气动效率的0.5%[1]。研究涡轮封严流动的目的是以如何以最小的封严流量保证可靠的封严效率，同时减小对主流气动效率的影响，这需要深刻认识燃气入侵和冷气封严的机理。

Johnson[2]、Coren[3]、高杰[4]等总结了国内外涡轮封严试验台研究成果及与数值研究结果的比较，认为燃气入侵现象是三维非定常湍流流动，采用定常计算不能揭示其封严机理[5-7]，即使采用定常计算及没有转静叶片的轴对称模型，燃气入侵依然具有三维非定常流动特点[8]。Jakoby等[9]通过测量涡轮前盘腔静盘壁面压力，并对瞬态压力数据进行频谱分析，发现在封严流量低于一定值时盘腔内存在旋转的大涡结构，其转速与动盘转速方向一致，速度为80%动盘转速，由此引起较严重的燃气入侵。Cao等[10]和Schuepbach等[11]也通过试验验证了类似低频大涡结构的存在。Julien等[12]发现旋转的大涡结构在冷气流量提高到某一值时会消失，此时动盘旋转对燃气入侵的影响减弱，导叶和动叶的相互作用对燃气入侵起主要影响。……