涡轮叶片冷气通道转接段的特征分析及建模

冷气通道转接段是航空发动机涡轮叶片中的复杂曲面特征。通过对冷气通道转接段进行特征分析,提出其建模方法,从数学上证明了该方法可实现对冷气通道的G1光滑转接,提取关键建模参数,并编写程序实现了冷气通道转接段的参数化设计,达到了快速建模和快速修改的目标,同时也为涡轮叶片中其他复杂特征的参数化设计提供了借鉴。

侧壁有出流孔的通道流场数值模拟

用商业CFD软件(Fluent6.0)对简化后的涡轮叶片冷气通道进行数值模拟,着重研究出流孔上、下游各通道截面内的流动规律。结果表明:出流孔的抽吸作用,使得通道有孔一侧的气流速度相对较高。孔上游通道内的气流,沿主流方向逐渐加速;流经出流孔后,通道内的流速急剧下降,甚至会出现局部低速区。计算结果与实验测量结果符合很好,表明可以利用成熟的CFD商业软件研究该类流动现象。

有冲击的受限通道内流场的数值仿真

采用数值模拟的方法对简化后的涡轮叶片冷气通道进行了数值模拟,着重研究端壁对有错排射流冲击的冷气通道的影响。结果表明:通道内的横流把射流推向下游并阻止其冲击到靶面,横流作用对通道下游流场有很大影响;射流的冲击反卷和诱导作用在射流两侧形成方向相反的漩涡,漩涡把靶面部分高速区卷到左右侧壁,甚至达到射流孔板附近,产生较大的速度梯度;上游横流作用使射流下游形成低速区,随着横流的发展低速区逐渐减小,并向射流孔板方向偏移。

涡轮叶片和盘结构有限元建模及热力耦合分析

在分析涡轮叶片冷气通道几何结构的基础上,提出其建模方法,提取了关键造型参数,设计了参数化建模流程,使用UG/Open API编程,在UG平台上开发了相应的模块,实现了冷气通道的快速建模和参数化修改。与原有设计方式相比提高了设计效率,同时也为复杂曲面特征的参数化设计提供了借鉴。研究有助于提高叶片零件的研发和设计效率。