周向畸变进气对压入式矿用对旋主通风机内流特性及性能的影响

为了研究周向畸变进气对风机内部瞬态流场的影响,采用SSTκ-ω湍流模型对压入式矿用对旋主通风机装置全流道内的三维流动进行数值模拟,详细分析了周向畸变进气条件下对旋风机的内流特性和性能。结果表明:周向畸变进气导致对旋风机的全压和效率下降,稳定裕度减小,且对大流量工况下的风机性能影响较大;周向畸变流过前级叶轮后有所削弱,但并未完全消除,畸变区沿周向发生了偏移,其对后级叶轮内部流动的恶化程度明显减弱;前级叶轮畸变进口处相对于畸变中心和出口处流动状态有所改善,但叶片的做功能力相对较弱;即使在设计工况流量下,周向畸变也使前级叶轮畸变区的叶顶区域出现了轴向反流和“突尖型”失速先兆,但该失速先兆并未向畸变区之外传播,前级叶轮产生的是畸变区内的部分失速而非整个前级叶轮的单级失速。

均匀与非均匀进气条件下多级轴流压气机性能计算—周向畸变的影响

本文重点介绍采用二维可压缩非定常的 Euler方程描述回转面上无叶区的流动 ,并利用二维可压缩“激盘”取代压气机的转子和静子叶排 ,分析进气周向畸变对轴流压气机性能影响的模型。该模型中各叶排的损失和转折角直接由与均匀进气子系统完全相同的方法计算确定 ,从而克服了在解决此类问题时通常需要给定各叶排损失和转角特性的困难。本文还重点分析了进口周向总压畸变经过 RB-1 99高压压气机的衰减和对该压气机性能的影响 ,并分析了气动负荷的影响。

周向畸变条件下叶顶喷气对压气机失速特性的影响

在低速单转子轴流压气机实验台上对周向畸变条件下叶顶喷气进行了实验研究,通过时域分析和一维连续小波方法分析了压气机失速先兆在周向、径向分布规律及失速先兆尺度变化情况。测量结果表明,均匀进气和25%畸变条件下施加3种喷气时,转子出口失速先兆都在叶顶位置产生,50%和75%畸变条件下施加喷气量为0.29%和0.41%主流质量流量时,转子出口失速先兆位置发生变化,向叶中偏移。同时,对失速先兆尺度进行了分析,在均匀进气条件下时,随着喷气量的增加,失速先兆尺度不断增大,且类型发生变化,由突尖型失速先兆向长尺度型失速先兆转变,而周向畸变条件下进行叶顶喷气扩稳时,失速先兆都表现为长尺度型失速先兆。

航空发动机进气总压周向畸变数值模拟

开发了一种用于计算进气总压周向畸变对涡喷/涡扇发动机气动稳定性和主要性能参数影响的软件。该软件利用综合畸变指数来描述进气畸变,实现了以往只有通过畸变试验才能进行的对进气畸变的研究。

周向畸变进气下压气机动态失速特性研究

为研究周向畸变进气下压气机动态失速特性,在一大尺寸低转速压气机试验台上进行了均匀进气和180°周向畸变进气下压气机动态失速实验。采用时域观察、频域快速傅里叶变换以及时频域的同步压缩小波变换、基于同步压缩小波变换的空间模态分析和小波相干性分析等方法对动态失速信号进行分析。结果发现,畸变进气下,压气机旋转失速发生前出现0.225倍转子转动频率的一阶模态扰动,该扰动在相对畸变网不同位置区域周向传播速度不一致。宽带非定常扰动在畸变区尾缘附近最强,在畸变区前缘附近最弱,并存在周向尺度转化现象。转子转动频率扰动周向也出现强度变化,最大值出现在非畸变区中心附近的测点。周向畸变条件下集总系统模型对比实验结果的分析表明:实验和模型结果符合较好,旋转失速前非定常扰动周向强度和尺度变化主要受流量系数变化的影响,而一阶模态扰动周向传播速度不均匀现象是畸变进气下压气机系统特性作用的结果。

某型十级高压压气机进口总压周向畸变试验研究

以某型高压压气机为试验对象,研究了进口总压180°周向畸变对该压气机性能的影响。开展进口均匀进气和总压周向畸变条件下的压气机特性录取试验,并对试验结果进行了对比分析。结果表明:进气周向畸变导致压气机性能恶化,流量、效率均有一定程度的下降;周向畸变对高转速影响较大,随着转速降低影响逐渐减弱。

轴流压气机对周向总压畸变非定常响应的数值模拟

基于给定的进气周向总压畸变谱,应用非定常三维时间精确数值计算的方法,研究了NWPU-1轴流压气机转子对周向总压畸变的响应,初步揭示了其在进气周向总压畸变条件下的失速机理.结果表明,在84%设计转速,进气周向总压畸变使转子性能明显下降,其失速点流量增加了4.1%,效率下降了0.5%.进气周向总压畸变引起侧流,导致叶片负荷的变化,部分叶片的负荷过重,叶顶间隙泄漏涡几乎堵塞了整个通道,某些叶片的前缘出现溢流,最终导致压气机转子失速.

周向畸变条件下压气机失速先兆分布特征

在低速单转子轴流压气机实验台上开展了周向插板式畸变实验研究,通过安装在叶顶前缘的动态压力传感器和转子出口的梳状五孔探针获取不同插板高度下畸变进气失速特性,结合实验及数值模拟,并采用时域分析法和一维连续小波方法对失速先兆传播特性及失速先兆尺度进行了分析。研究结果表明,失速先兆总是在叶顶前缘位置首先出现,然后由叶顶前缘沿轴向传播至转子出口叶顶位置,之后沿径向传播由叶顶向叶根发展直至失速团占据整个径向叶高。同时,随着畸变强度增加,失速先兆传播速度逐渐增加,且尺度不断增大,从突尖型失速先兆变为长尺度型失速先兆。

基于神经网络的航空发动机进口总压畸变重构研究

为建立适用于畸变容限控制技术的航空发动机进气总压畸变估算方法,采用基于神经网络方法,以飞机试飞测量数据为基础,分别开展了发动机进口总压流场和稳态周向畸变指数重构方法研究。以壁面静压、发动机进口面中心点总压以及攻角、侧滑角数据分别构建了三种不同输入参数组合的神经网络模型,并对比分析了各模型的重构精度和适用性。结果表明:采用神经网络方法可以较好地建立壁面静压、飞行参数与发动机进口总压分布和稳态周向畸变指数的映射模型;以壁面静压、发动机进口面中心总压、攻角和侧滑角为输入的神经网络模型,对于总压流场重构和稳态周向畸变指数重构都具有最佳的重构精度;采用先重构流场总压分布再计算稳态周向畸变指数的间接方法相对于直接重构稳态周向畸变指数的方法具有更高的重构准确性;对于与建模飞机具有相同进气道结构和布局的飞机,训练完成的神经网络模型对总压流场重构具有一定的适应性,对稳态周向畸变指数重构适用性差。

均匀和畸变进气条件下轴流压气机失速分析

利用逐叶排的非线性模型，模拟了单转子压气机在均匀进气条件下失速的形成和发展过程，对失速特征参数的预测结果与试验结果基本相符．模拟了周向稳态总压进气畸变对单级轴流压气机失速特征的影响，畸变进气对压气机的失速特征参数影响不显著，但是畸变流场与失速流场的耦合作用激发轴向气流振荡增强，使压气机呈现出轴向与周向气流振荡两种失稳模态，它们的相互作用对压气机失稳具有重要影响．

进口速度畸变对轴流风机性能影响的全周数值研究

采用全通道数值模拟方法,通过设置周向角度相同、径向位置不同的速度畸变区域,分析了畸变条件下低压轴流风机性能及流场的变化规律。计算结果表明,该方法可以清晰描述流场参数的分布情况,设置的进口速度畸变方式会使风机效率降低,静压升变大,转子进口相对气流角分布与叶型极不匹配,造成进口冲角绝对值较大,叶栅通道内的流动恶化,流动损失增加,并且风机出口的压力沿周向分布的不均匀性增强。

多级轴流压气机总压畸变试验研究

介绍了稳态总压畸变对一台高性能多级轴流压气机性能影响的试验研究结果。试验中采用了四幅网格 ,其中两幅为 180°周向畸变网格 ,两幅为 36 0°径向畸变网格。试验结果表明稳态总压畸变均使压气机效率降低、流量减少 。

进气道温度畸变问题的研究

重点研究稳态温度畸变对发动机稳定工作的影响。温度畸变分为周向温度畸变和径向温度畸变两种情况。温度略变将使发动机喘振裕度降低。情况严重时可使发动机工作不稳定，或发动机熄火，从而危及飞行安全。本文将给出进气道温度畸变和稳定性因子的确定方法，作为进气道／发动机匹配研究的基础。

非均匀进流下喷水推进泵的内流特性和载荷分布

为描述实际航行时喷水推进泵非均匀进流的结构特点,解释喷水推进泵实际性能与试验测试值之间的差异,采用雷诺时均模型和RNG k-ε湍流模型数值计算非均匀进流下喷水推进泵的外特性,对比后获得了非均匀进流下喷水推进泵外特性降幅曲线,其中扬程和效率的最大降幅均为30%。进一步求解内流场,结果表明:非均匀进流中的低能螺旋流受旋转叶片的诱导,在轮缘处演变为以周向分离涡为主的进口畸变流,流道堵塞,受排挤的工作流体因液流角过大在叶片轮毂处发生流动分离,最终卷吸形成螺旋分离涡;此分离涡沿径向扰动叶片前缘流场,诱发回流和二次流,加剧了水力损失。同时,分离涡破坏绕翼环流,改变叶片静压分布,导致叶片载荷由前载型转变为中载型,削弱了叶片做功能力。因此,内流特性和载荷突变共同证实了非均匀进流是喷水推进泵性能下降的主要原因。

基于数值涡流发生器双S型进气道被动流动控制装置参数优化

采用数值涡流发生器代替真实涡流发生器叶片进行双S型进气道流动控制数值模拟,结合实验设计理论分析了27组涡流发生器应用于进气道流动控制计算结果,从中找出控制装置参数变化对进气道总压恢复、流场畸变的不同影响,应用响应面法给出最佳参数组合,为双S型进气道被动流动控制装置参数优化提供技术参考。

平面埋入式进气道的口面参数选择与试验验证

为了提高飞行器的隐身性能和降低其迎风阻力,采用具有平面腹部的低雷达截面外形机身与埋入式进气道的组合是一种良好的解决方案。但迄今尚未有成熟的平面埋入式进气道设计方法可供借鉴,为此对平面埋入式进气道口面参数进行了组合对比研究,旨在通过口面参数的选择来改善进气道的气动性能。在此基础上,选择一组口面参数设计了一梯形进口的平面埋入式进气道方案,并进行了高速风洞试验验证。研究结果表明:(1)进口侧棱决定了所产生的卷吸涡的强度,而前唇口导流角决定了进口段的横向压力梯度,两者均是驱动主流进入进气道内部的关键因素,为此对进气道总压恢复系数和周向畸变指数均有着重要影响;后唇口型线特征参数对进气道出口总压高低压区的分布起着调节作用,为此可以作为控制周向畸变指数的一种辅助措施。(2)合适的口面参数能明显改善平面埋入式进气道的性能。选取23°导流角、4°侧棱角以及30°后唇口型线特征参数组合进行了方案设计和风洞试验验证,在Ma0=0.7,α=-2°～8°,β=0°～2°的范围内,进气道的总压恢复系数在0.920～0.952之间,周向畸变指数在1.142%～2.237%之间,达到了实用水平。(3)研究范围内,攻角的增加有利于改善平面埋入式进气道的总压恢复系数和周向畸变指数。

低速大迎角下机腹双弯涵道空气动力性质研究

研究了机腹双弯涵道在低速大迎角下的气动特性。通过试验得出:随出口马赫数的增加,机腹双弯涵道出口截面的总压恢复系数不断下降,紊流度、稳态周向畸变指数和综合畸变指数均上升。出口马赫数为0.38时,进气道出口总压信号的功率谱在243Hz处存在峰值,内通道发生了局部流动分离。相对于地面抽吸状态,该涵道在低速大迎角状态下具有较高的总压恢复系数,缺点是综合畸变指数偏大。

尾吊发动机短舱的侧风进气道性能研究

为了评估不同侧风对短舱进气性能的影响,本文在计算流体动力学软件Fluent中对飞机的全机流场进行了数值模拟,着重考察了不同侧风对进气道出口的总压恢复系数及稳态周向畸变指数的影响情况。

基于飞行试验数据的进气道畸变预测与试验验证

采用响应曲面的试验设计方法,构建了基于试飞数据的进气道压力畸变预测模型,进行不同飞行工况进气道畸变模型预测与飞行试验验证研究。研究结果表明:模型预测与飞行试验结果相比,综合压力畸变指数平均相对误差为4.21%,稳态周向畸变指数平均相对误差为7.99%,结果吻合良好,能够满足对该型进气道畸变预测要求;大迎角、侧滑及其组合飞行时,进气道内部附面层气流分离是造成进气道出口畸变的主要因素;进气道出口低压区的位置与飞行姿态角相对应,并在周向上向压气机的旋转方向有小范围偏转,偏转角度与发动机状态相关;采用"模型预测+飞行试验"的模式能够完整、安全高效地考核评估飞机进气道的畸变特性,具有很好的工程适用性。