交替静叶布局对轴流压气机气动稳定性的影响

为揭示交替静叶布局控制角区分离的流动机理,提升压气机性能,实现压气机的扩稳,采用了数值模拟方法对某高负荷跨声速压气机展开交替静叶设计研究。通过改变静叶叶尖进口几何角,调整叶片的布局方式,得到一种改叶型弯角交替静叶,在此基础上结合叶片弦长进一步优化,得到另一种改弦长交替静叶。数值研究表明:改叶型弯角交替静叶布局压气机的稳定裕度相对原型提升了34.7%,改弦长交替静叶使改叶型弯角交替静叶的压气机稳定性进一步提高,但会造成压比和效率的小幅下降,即以损失部分性能的代价换取了压气机稳定性的提升,改弦长交替静叶压气机在前者基础上将稳定裕度进一步提升了9.7%。新型的静叶布局使得相邻流道的流场结构产生差异,在周向上形成上、下角区分离交替分布的格局,促进了相邻流道出口流体的汇聚。叶型弯角的改变使角区低能流体区引入了更多高能流体,抑制了低能流体在角区堆积,提升了静叶的扩压能力。而弦长改变的同时增加了叶片前掠,阻隔了部分气流,实现了气流的重新分配,一定程度上平衡了两侧气流流量的不均匀性,从而改善了该压气机的气动稳定性。

交替静叶轴流压气机气动特性数值研究

为给轴流压气机新型气动布局提供借鉴,进一步控制压气机角区分离,详细研究了静叶交替分布的静子对跨声速压气机气动性能的影响。以NASA Stage35单级轴流压气机为模型进行研究,基于控制角区分离的理论方法,调整静叶叶尖进口几何角,构造新型的交替静叶布局进行数值模拟并分析静叶改型压气机的气动特性。结果表明:不同的交替静叶模型对流动分离控制程度有较大差异,相比原型和全周静子叶片改型,交替静叶模型能够有效提升压气机性能,实现了压气机扩稳、增压以及等熵效率的提高。交替静叶模型的改型叶片叶尖进口几何角减小21°时,对压气机的性能提升效果最好,压气机的总压比和等熵效率均大幅提升且稳定裕度提升最大,相比原型提高了4.8%。