吸附式压气机平面叶栅数值模拟研究

本文对采用吸附式压气机概念设计的一套超声速平面叶栅采用粘性全三维数值模拟方法进行了研究。数值模拟再现了吹风试验中发现的一些现象,并进一步研究了抽吸位置、抽吸气流量对叶栅性能的影响。

高负荷风扇转子叶片反问题设计

为改进高负荷风扇转子性能,采用了一种工程适用的叶片反问题设计方法。该方法使用粘性CFD与数值优化相结合,适合具有高进口马赫数、高逆压梯度流动特征的高效叶型设计,并应用二维叶型反问题加三维积叠的叶片设计思路,充分继承了已有的基元叶型积叠准则,极大地缩短了计算时间。利用发展的反问题设计平台,完成了叶片的反问题设计。三维数值模拟结果表明:反问题设计的转子叶片能较好地控制转子尖部激波结构,减小激波损失,提高效率,增大稳定裕度。

风扇转子箍环与机匣间容腔的全三维数值模拟

转子箍环结构能减小风扇尖部振动,但引入箍环结构后形成的尖部泄漏流会影响高负荷风扇的气动性能。首次利用全三维数值模拟方法,研究了转子箍环结构对风扇性能的影响。模拟过程中,采用多块网格技术,生成转子箍环与机匣间容腔复杂几何结构的网格。结果显示:泄漏流对转子尖部流动及总性能参数影响很大;优化的转子机匣容腔结构可有效减少泄漏流,改善转子尖部流动,提高总性能参数。

可调静子叶片机匣间隙对轴流压气机性能的影响

多级轴流压气机多采用可调静子调节压气机中低转速性能。由于转动需要,静子叶片与流道间必然存在径向间隙,使得流场中额外引入端壁间隙流。利用CFD软件,研究了可调静子径向间隙对多级轴流压气机性能的影响。相关三维粘性数值仿真结果表明:高精度的CFD分析中,间隙影响不可忽略;可调静子转轴的优化设计,可有效减小间隙对压气机性能的影响。

吸附式叶栅抽吸流与激波相干性研究

以某高负荷静子叶栅为研究对象,应用数值模拟方法分析了其在不同工况下附面层拓扑结构特点,针对该分离现象实施附面层抽吸,分析了激波与附面层相干过程,探讨了抽吸流与槽道激波的相干作用。结果表明(:1)在有激波、无抽吸条件下,附面层发展一般会经历分离泡产生、破碎、附着叶片表面的过程之后进入大分离状态(;2)吸力面开孔进行附面层抽吸,在一定程度上可以提高静压比,同时损失变化不大(;3)在激波后实施附面层抽吸,会使激波向下游漂移,其后附面层分离更为严重,因此在槽道存在激波时,若实施附面层抽吸,应该预先考虑抽吸气流与激波的相互干涉作用。

航空发动机设计体系的建设与发展

本文对航空发动机设计体系的定义、基本内涵、作用和发展特点进行了探讨,分析了航空发动机设计体系的基本要求,提出了设计体系建设、发展的方法及途径,对设计体系的整体规划、关键技术分解、设计体系集成、发展等问题进行了初步探讨。

高负荷高效率压气机级特性计算研究

针对某采用小展弦比、复合弯掠等先进技术设计的高负荷高效率压气机级,采用三维CFD软件和一维特性预估程序,对压气机级转、静子叶排特性和级特性进行计算与分析。结果表明:在缺省经验系数下,一维计算结果与三维计算结果相差非常大;在修正经验系数下,总压比、流量、绝热效率的一维计算结果都与三维计算结果基本吻合,由此确定出一维特性计算的经验系数。本研究可为高负荷、高效率压气机特性预估提供技术支持。

处理机匣对高压压气机性能和稳定性影响的数值模拟和试验研究

本文主要采用数值模拟和试验验证的方法探索轴向斜槽处理机匣改善高压压气机尖部流动情况及扩大压气机稳定工作边界的基本原理。采用Numeca CFD软件对某多级高压压气机第一级叶尖间隙流场和具有轴向斜槽处理结构的流场进行非定常计算,并对计算结果进行对比、分析,详细揭示了叶栅顶部间隙区及处理槽内的流动特征。数值计算结果显示,轴向斜槽处理机匣能够衰减或是消除叶尖的泄漏涡,推迟失速的发生。处理机匣对压气机性能的影响并不是直接采用对泄漏涡的干涉,而是通过叶尖附近气流在高压作用下从压力面尾缘进入斜槽,而后气流在叶背前缘以高速由斜槽射入主流。该高速射流能有效地扫除叶尖易失速的附面层,从而延迟气流分离,扩大压气机的失速裕度并减少二次流损失。试验结果显示,该多级压气机采用轴向斜槽处理机匣有效地减少了尖部气流泄漏,扩大了压气机稳定工作范围。

吸附式压气机叶型设计技术研究

以开发能提高叶片负载能力的"吸附式压气机(The aspirated compressor)"叶型设计技术为目标,以某发动机高压压气机的前三级为工程背景,研究了超高负荷的单级吸附式压气机气动方案,初步建立了从子午流道设计、S1流面基元叶型反问题设计到带附面层吸除S1流面计算分析的一套设计方法.以单级方案动叶叶尖截面作为设计实例,演示了开发的设计方法能够设计出基本达到设计要求的吸附式压气机叶型.

跨、超声速吸附式压气机平面叶栅试验

对跨、超声速吸附式压气机平面叶栅进行了试验研究,试验针对若干抽气位置、抽气量和流动条件不同的叶栅工作状态进行,结果表明:一般在通道激波后、附面层分离前抽气对控制叶片附面层在逆压力梯度区的发展、抑制分离、降低叶栅损失、升叶栅气动性能有较明显的效果;在跨声速叶栅中,抽气量大于某个时抽气才能起到减小损失、改善性能的作用.

三维叶片设计技术在现代压气机中的应用

三维(3D)叶片设计技术的应用使得压气机的负荷和效率水平跨上了一个新台阶,先进高负荷、高性能轴流压气机设计已全面进入了多级全三维造型阶段。随着压气机级负荷的逐步提高,叶片通道内强逆压梯度作用下的边界层流动及其他二次流会造成流动损失急剧增加,导致压气机效率降低;同时增厚的边界层对流道的堵塞可能会造成流动分离,导致压气机失速或者喘振。

轴流压气机流动失稳机理与扩稳技术研究

轴流压气机的稳定裕度是其设计中必须保证的指标。对流动失稳机理进行回顾和总结有助于更好地理解和设计扩稳措施,对形成具有良好稳定性及抗畸变性能的压气机气动设计起到重要作用。在现代航空发动机设计工作中,各类流动不稳定现象存在于整个发动机的流场。