改进的流线曲率通流计算方法及在双涵道压缩系统设计中的应用

基于轴对称的S2流面理论,发展了一套流线曲率通流计算方法.为了提高计算的收敛性、稳定性和计算精度,对求解过程中的流线曲率计算、松弛因子的选取等方面进行了改进;提出了一种简单易行的叶片力的处理方法,使得该方法可以计算叶片排以内的区域;为了计算风扇和轴流、离心以及组合压气机构成的双涵道压缩系统,发展了一种计算速度快、稳定性好的双涵道计算方法.最后将改进的通流计算方法用于一双涵道压缩系统的反设计,验证了其可行性.

双涵道叶轮机S_2流面反问题计算方法

在双涵道叶轮机风扇和压气机的设计中,本文将风扇及内外涵叶片的S2流面反问题统一起来,而成为一个统一的双涵道叶轮机S2流面反问题。在分涵处,采用一列重叠网格,用来传递分涵处上游和下游的流场信息,分流机匣最前面的点既是内涵的计算点,又是外涵的计算点,以该点的压力值作为收敛的判断依据,通过改变分流比,使计算得到的两个压力值相等,分流机匣前的流线平滑,从而得到合适的流场。本方法适用于较复杂的双涵道叶轮机设计,风扇和内外涵叶片排数理论上都不受限制。

双涵道喷水推进泵的结构研究

在传统方法中研究者主要采用大功率、大直径、低轴转速的动力装置来提升喷水推进泵的性能,但是降低叶轮轴转速,会导致中心流域叶轮上流速较低,做功效率下降。为了解决此问题,我们设计了一种并联结构的双涵道喷水推进泵。通过数值模拟方法对双涵道泵水力性能进行初步研究,以单泵的计算方法先研究各自的水力特性,确立最优涵道比。绘制外泵时应该研究合适的轮毂比,考虑中空对轮毂强度的影响,通过计算抗扭截面模量得到外泵尺寸。在最优涵道比下,对泵进口及喷管进行优化以提高其水力性能,并为此类推进泵的设计提供参考。研究发现,当内外涵道比为0.45时,流量增幅最大,约为9%。在最优涵道比下,确定合适的进口段及出口喷管结构,定义无量纲参数喷管收缩系数K,发现喷管收缩比为0.3的双涵道泵拥有较好的水力性能。双涵道喷水推进泵在流量推力方面有显著提升,但是在扬程效率方面有待进一步优化。

双涵道中介机匣轮毂端壁构型设计及仿真分析

针对径向落差比ΔR/L为0.38的双涵道中介机匣通道内二次流损失的问题,通过改变轮毂局部型面补偿支板带来面积堵塞的构型设计,提高了流场的品质。结果表明:设计方案减小了通道内二次流带来的损失,使中介机匣内涵道总压恢复系数提高到0.9939,内涵道总压损失系数降低了9.05%。

基于航空双涵道技术的耦合风机设计及舒适性提升研究

传统空调器制冷运行时,存在远近冷热不均、局部位置循环不充分导致空调在制冷时用户感受较差的问题。基于单一风机类型存在的送风范围及风感问题,采用航空双涵道的原理设计轴流离心耦合风机。结合两种风机的固有特性,通过两股气流的风控制风,进行多种气流形式的转换,从而实现全域无风感和全域均匀风的舒适风感。

耦合双涵道风机的双擎换热系统设计优化

基于航空领域双涵道设计的风机系统,应用于房间空调器,解决单一类型风机存在的风感问题,能有效提升人体舒适性。但耦合双涵道风机的双擎换热系统设计,国内外尚无相关研究。为了研究双擎换热系统匹配设计方法,总结设计规律,通过对耦合双涵道风机的换热系统进行数值仿真和实验研究,获取不同负载条件下,双涵道风机系统上下风机最佳转速配比参数,同时匹配全新换热器结构参数,规划管内侧制冷剂分布,强化双擎换热系统换热效率,提升空调器的能效等级,以满足高能效的用户需求。

双涵道级联风机振动异音消除研究

针对双涵道级联风机的异音问题进行深入分析,通过模态分析理论对噪声来源进行诊断,发现电机安装板的第三阶模态共振导致风机异音,进一步结合模态仿真分析对风机安装板结构进行了优化设计。最后对优化后的风机系统进行了噪声试验验证,试验表明优化后级联风机的振动异音得到消除,大幅提升了级联风机的声品质。采用的基于模态理论的噪声源诊断以及异音消除方法,能够对同类型产品的噪声问题提供一定的理论指导。

出口宽高比及旋流角对双涵道S弯喷管温度分布的影响

采用数值方法研究了出口宽高比及旋流角对基于真实排气混合器构型的双涵道S弯喷管内/外流场温度分布的影响。结果显示:在圆转方弯曲构型的作用下,波瓣混合器及尾锥诱导产生的流向涡在第二弯通道及等直段内部卷吸着热流冲击S弯喷管壁面形成“热斑”。在完全遮挡高温部件准则的约束下,随着出口宽高比的增加,S弯喷管壁面的“热斑”温度先增大后减小,当出口宽高比为5时,壁面“热斑”温度最高,相比喷管基准模型增加1.3%。而出口宽高比的增加导致喷管出口下游尾焰的长度逐渐缩短。随着旋流角的增加,喷管下壁面的“热斑”温度先减小后增大,旋流角为10°时达到最小值,壁面温度峰值相比无旋流角工况降低15.9%。而旋流角增加导致喷管出口下游尾焰的宽度逐渐增大,长度逐渐缩短。

双涵道喷流大涡模拟及声源分析

采用大涡模拟(LES)方法计算内外涵道出口马赫数分别为0.7和0.63的双涵道喷管流动,分析内外剪切层的发展特性,研究了剪切层速度脉动的频谱及涡结构的互相作用。分析表明,两个剪切层内起始位置处的对流速度有较大的差异,但随着喷流向下游发展,内层的对流速度被外层流动减弱,阻碍了涡的迁移。运用声扰动理论对喷流近场涡声源项分布及频谱特性的分析表明,涡声源主要集中在内剪切层中,且以低频为主。沿着径向,涡声源项的峰值发生位置逐步向喷口靠近。

单轴双涵压气机试验器调台试验技术

为给8 000 kW以下功率等级的风扇/增压级及压气机提供试验研究平台,自行设计并建成了一台单轴双涵压气机试验器。本文就考核该试验器能否满足设计要求须采用的调试方法进行了系统介绍,对调试过程中遇到的技术问题及解决措施进行了有益探索,并对调试结果进行了分析与评估。调试试验表明,该试验器满足设计要求,具备验收条件。

宽高比对尾向可见明火矩形喷管红外抑制特性影响研究

以国外某型先进无人机上使用的涡扇发动机为基础，缩比4．3倍得到轴对称收敛喷管AR0，并在出口面积相同的条件下改变喷口形状得到5组不同宽高比（W／H-1～16）的矩形喷管模型（AR1～AR16）．用傅立叶红外光谱仪对喷管与热喷流在3～5μm波段上的红外辐射进行了测试．研究发现，与轴对称喷管相比，矩形喷管减小了红外源的辐射，起到了明显的红外抑制作用，并且其红外抑制特性随着宽高比的增大是逐渐增强的．

核心机驱动风扇级在非设计模式下的匹配方法研究

核心机驱动风扇级(CDFS)是双涵道变循环发动机的关键部件之一。为了开展CDFS在非设计模式下(双涵道模式)的匹配分析,利用速度三角形建立了CDFS在双涵道模式下的匹配特性图,该图能够正确反映双涵道模式下CDFS的工作特点和主要气动参数的变化趋势。结果表明:给定CDFS在双涵道模式下流量时,随着压比下降,需要降低CDFS在双涵道模式下的转速才能保证转子进口相对气流角不变;给定双涵道模式的流量和压比时,若要使转子进口相对气流角下降,需要增加CDFS在双涵道模式下的转速。

某型涡扇发动机改型燃气轮机方案探讨

本文参考俄罗斯新研制的一种双通道燃气轮机ΓΤУ-18ПС,它的外涵增压空气经与内涵燃机的排气换热后驱动热空气涡轮,该涡轮与内涵燃机动力涡轮共轴输出功率,可大幅提高燃气轮机的输出功率和循环效率。将这种空气底部回热复合循环方式用于某型涡扇发动机改型燃气轮机方案,经计算分析可使燃气轮机的性能和热效率明显提高。

压气机整机超大规模非定常模拟关键技术

航空发动机压气机整机往往包含多个涵道以及多达十几个压气机级,全环非定常模拟技术是提高其内流场模拟保真度的手段之一。压气机整机数十亿量级的全环网格量导致非定常模拟计算量巨大,开发具备高可扩展度的用于超大规模压气机非定常CFD模拟的求解器十分必要。基于团队自主发展的轴流压气机气动性能数值模拟软件ASPAC,给出了基于分区后单通道网格定常流场生成分区后全环网格初场的通用解决方案;对国际上基于单通道壁面距离生成全环壁面距离的方法进行了分析和测试,给出该方法导致非定常模拟结果产生的偏差分布区域和量级;发展了考虑网格畸变的叶排交界面网格重叠定位策略;完成了压气机非定常模拟的MPI/OpenMP混合并行改造,并通过优化求解流程,解决了OpenMP并行模拟时的数据竞争问题。结果表明,发展的方法成功应用于双涵道13级压气机61.16亿网格的10万核级全环非定常模拟。MPI/OpenMP混合并行模式基本解决了叶排交界面动态插值处理导致的负载不平衡问题,10万核相比万核的并行效率达到84.7%,远高于MPI并行模式46.7%的并行效率。

核心机驱动风扇级匹配特性分析

核心机驱动风扇级(CDFS)是双涵道变循环发动机(DBE)的核心部件之一。为了深入研究CDFS在双涵道模式下的特点,利用CDFS匹配特性图,结合三维数值模拟分析了DBE中CDFS的匹配特性(单涵道模式工作点为设计点,双涵道模式工作点为匹配点)。结果表明,给定双涵道模式的匹配流量和压比时,增加匹配转速使转子负荷降低,静子负荷增加,可以调整匹配转速使CDFS性能最佳;给定双涵道模式的匹配流量和转速时,增加匹配压比使转子和静子的负荷同时增加,匹配压比较高时,工作点效率较高但裕度较低;仅给定匹配流量时,可以调整匹配转速和压比改变CDFS在双涵道模式的工作特性,获得满足某个约束条件的最佳状态。

风扇与轴流离心压气机一体化通流设计方法

在叶轮机设计的流线曲率法反问题中,统一了基于圆柱坐标系下流面角γ,λ的和流线准法线上流面角的两种叶片力分解方法,得到了适合于轴流、斜流和离心压气机的动量主控方程.提出一种双涵道叶轮机的一体化通流反问题方法,采用分流机匣变位或者涵道比变化这两种自动调整措施.将流线曲率法应用于双涵道叶轮机加以组合压气机的一体化通流设计.设计了某双涵道、双转子、轴流离心组合的压缩系统,用计算流体动力学(CFD)方法检验了可行性和适应性.讨论了轴向速度比的物理意义及在通道自动调整的轴流级通流设计中的应用,给出相应设计算例.