风扇/增压级气动声学试验器设计及试验验证

风扇/增压级气动声学试验器是大涵道比涡扇风扇部件进行前传远场噪声特性评估、后传噪声特性评估、管道声模态特性评估、主/被动降噪措施验证等声学性能以及均匀流场气动性能测试的重要试验平台,在大涵道比发动机研制过程中发挥重要的作用。针对中国首个以适航噪声评估为主要目标的风扇/增压级气动声学试验器,介绍了其关键组成部分湍流控制屏和进气消声室的结构,进行了试验器功能验证和消声室声学性能鉴定。结果表明:消声室尖劈截止频率为125 Hz,在40 kHz的高频条件下,消声室满足自由场传播条件的区域达到22 m,消声室内设备空载运行时噪声低于45 dBA,在全转速范围内试验件及设备运行状态良好,其振动幅值均低于报警限制值,该试验器的各项性能指标均满足设计要求。该试验器已经完成了多项风扇/增压级部件声学及气动性能试验工作,具备相对成熟的风扇/增压级气动与声学性能试验测试技术能力。

TC4钛合金大型风扇增压级鼓筒反挤压工艺的研究

反挤压能够保证锻件的流线。本文制定了某型发动机TC4钛合金大型风扇增压级鼓筒锻件的反挤压工艺路线。通过有限元数值模拟得出合理的模锻中间坯尺寸和锻造参数,在400MN液压机上采用反挤压成形的风扇增压级鼓筒锻件的室温拉伸、高温拉伸、冲击、断裂韧性等力学性能优异,能够获得等轴初生α相含量在35%~40%的双态组织。

风扇/增压级带间隙三维粘性流场数值模拟

使用三维数值模拟软件NUMECA(Numerical Mechanics Application)对双涵道风扇/增压级带转子叶尖间隙的粘性流场进行了三维定常流动数值模拟,获得了其设计转速下的流场特性.结果显示,随着外涵背压的升高,风扇顶部激波后阻塞区周向和轴向尺寸增大,激波变形加剧,继续提高外涵压比,则外涵效率和进出口流量下降.内涵背压的升高,使内涵各转子叶片顶部的泄漏流动影响范围向上游扩散.内涵背压过高,效率和进出口流量同样会有下降的趋势.同时通过和实验结果的比较表明,数值模拟软件模拟的风扇/增压级的三维定常粘性流场能够较真实的反映出转子叶尖间隙泄漏流场的结构特征,以及间隙对流场参数的影响.

风扇/增压级设计与非设计性能数值模拟

为了研究双涵道风扇/增压级的设计与非设计状态性能,利用三维数值模拟软件对某型双涵道风扇/增压级80%设计转速、88%设计转速、96%设计转速、100%设计转速下的各种工作状态进行了数值模拟。重点分析了典型工况下风扇/增压级出口特性参数分布与非设计转速下内涵特性。同时通过和实验结果的比较表明,对风扇/增压级设计状态性能的模拟较非设计状态性能的模拟更为准确。

某风扇/增压级非设计点性能计算及进气畸变影响分析

在原流线曲率法程序的基础上,增加了适用于高速风扇/压气机的双激波损失模型.真实地反映了高速风扇/压气机的实际工作状况,提高了预测高速风扇/压气机非设计点性能的准确性,完善了分析进气畸变对风扇/压气机性能及稳定性影响的准三维计算模型.针对一台外涵转子叶尖马赫数大于1.4的大涵道比风扇/增压级,计算分析了其非设计点性能以及进气畸变的影响.计算结果与试验结果吻合较好,精度可靠,可应用于工程实际.

某小型涡扇发动机增压级设计与试验验证

采用经过试验验证的一维方案设计程序包以及与轴对称流设计程序相匹配的任意中弧线叶片造型程序,运用三维计算与一维、二维气动设计相结合的方法成功地完成了某小涡扇发动机增压级气动设计,并且单独设计和加工内涵两级增压级进行了试验验证,试验结果表明,该增压级具有宽广的高效率区和高喘振裕度,设计结果与试验结果吻合较好.

整机环境下的风扇/增压级叶片气动优化

采用自主研发的三维粘性气动优化设计平台对某双涵道风扇/增压级进行了气动设计优化;采用NURBS技术对该风扇/增压级各排叶片进行了参数化造型,包括二维叶型的参数化表达以及基迭线的弯、扭联合造型;采用NUMECA商用软件进行了风扇/增压级三维内外涵联算作为气动性能评估指标;基于该风扇/增压级三维内外涵联算,采用iSIGHT优化软件对风扇/增压级各排叶片进行了气动优化设计。在整机流量降低0.3428%的情况下,内涵增压级效率提高了1.43%;对风扇优化,在整机流量基本不变的情况下,整机效率提高了1.566%,并扩大了增压级的稳定工作范围。

火电站锅炉给水泵增压级的结构设计

在火电站的热力系统中,其过热器的减温水由锅炉给水泵出口逆止阀上游的给水管道引出,当所需压力高于给水母管压力时,则需设置增压级来满足过热器对高温、高压减温水的需求。根据印尼苏娜拉亚电厂600MW亚临界火电机组项目的技术要求,我们开发设计了带有增压级结构的电动、汽动锅炉给水泵样机,并已通过试验获得成功。

外涵静子后掠对某风扇/增压级气动特性的影响

针对某大涵道比风扇/增压级外涵静子后掠降噪的优化设计目标,采用1种周向平均快速特性预测计算方法和3维数值模拟软件NUMECA,对其100%设计转速下外涵静子无后掠及轴向后掠22.5°和30°算例的特性曲线及流场进行了对比分析,以研究外涵静子轴向后掠对风扇/增压级特性及气动性能的影响规律。结果表明:一定程度的轴向后掠角度会使静子表面静压在叶尖处增强,而根部的叶片表面静压分布更趋均匀,风扇/增压级的外涵气动特性在裕度上无明显恶化;但严重的后掠角度则会导致叶尖叶片表面载荷显著增加,从而造成外涵的喘振裕度减小,进而影响整个风扇/增压级的气动性能。

三级增压级试验件性能试验研究

本文针对大涵道比涡扇发动机增压级部件关键设计技术,对某型三级增压级试验件进行了总性能试验、级间参数测量试验、进气压力畸变试验以及声学测量试验等多项研究,深入分析了其试验数据。试验结果表明:增压级性能在全工况下达到或超过设计要求,级间匹配性能良好;综合畸变指数随着进口马赫数的增加而增加,跟均匀进气时相比,畸变时稳定工作边界向右下方偏移,喘振裕度相应减小;低转速时,增压级噪声的主要成分是叶片通过频率(BPF)及其谐波,但在低频区间上,许多离散的非BPF谐波分量也具有很大幅值,随着转速的提高,噪声频谱中的主要成分更加集中到BPF及其谐波分量上。

民用飞机发动机增压级设计与试验研究

本文介绍了某三级增压级的设计与试验研究。该增压级是根据支线飞机发动机对增压级的要求,针对民机的技术特点,发展和应用了多项关键技术,通过设计和试验研究,在国内首次研制成功全工况性能优异的满足民机增压级性能要求的三级增压压气机部件。其试验性能全面达到和超过其性能指标要求,填补了我国在民机增压级设计技术方面的空白,为我国大型客机增压压气机的设计提供了技术支持,也为民机发动机的研制奠定了坚实、可靠的基础。

基于低雷诺数条件的风扇/增压级气动设计

本文针对低雷诺数工作条件下的某风扇/增压级进行了通流设计、流道结构设计、各叶片排叶片几何设计及三维数值模拟。在完成气动设计循环、确定风扇/增压级流道结构形式和叶片叶型几何造型等根据设计需求进行的工作之后,使用商用软件NUMECA对该风扇/增压级12 km、0.6 Ma飞行条件100%和95%折合转速以及地面标准大气条件86.6%(简称87%)和80%折合转速的特性曲线进行了数值计算。前者用于考察巡航状态性能及流场特征,后者对应于地面起飞的最大状态。就目前设计方案的三维数值模拟结果表明,外函完全达到了设计需求指标的要求,内函除效率外,其它均达到设计要求。

增压级静子内环精密热成形技术研究

增压级静子内环是大直径、内"U"型截面、钛合金板料高精度成形件。针对其结构特点、材料特性和精度要求,引入新的应力松弛热定型工艺,设计结构巧妙的应力松弛热定型胎具,微细调整工艺参数和热定型胎具尺寸,从而实现了静子内环这种特殊难成形结构钛合金零件的精密成形。

民用航空涡扇发动机增压级后可调放气阀控制规律设计

现代民用航空发动机一般为大涵道比涡扇发动机,由于增压级无可调静子叶片,某些工况会造成低转速区域增压级流量与高压压气机不匹配,增压级共同工作线被迫抬高,从而造成增压级喘振甚至发动机超温。为了保证增压级的稳定工作,增压级下游通常装有可调放气阀(VBV)系统。本文从VBV放气控制方案设计流程出发,针对VBV放气量与阀门有效面积的关系及涡扇发动机在各运行状态VBV放气规律展开研究,定义了一种以低压相对换算转速N1R为主控参数,以及放气面积与高压相对换算转速转差比值A24/ΔN2R为修正系数的VBV控制规律设计方法,为民用航空涡扇发动机VBV控制规律设计提供了具体思路。

内涵道风扇带辅助增压级混合式涡扇发动机的性能计算

阐述了喷口亚临界工作状态下混合式涡扇发动机性能的计算方法。计算的特点在于所研究发动机的风扇在内涵道中带辅助增压级。同时 ,列出了确定内涵道带辅助增压级的风扇及其涡轮共同工作的方法框图 ,在风扇特性图上表示了不同 M 数下的共同工作线 ,并对这类发动机的高度—速度特性进行了计算。

叶尖间隙对风扇/增压级气动特性影响研究

以某风扇/增压级为研究对象,利用NUMECA(Numerical Mechanics Application)软件,计算了设计点和非设计点的三维流场和性能,并给出了风扇/增压级的特性。研究了叶尖间隙对风扇/增压级流场和气动特性的影响,对比分析了叶尖间隙分别为设计间隙的0、0.25、0.5、1和1.5倍时的风扇/增压级的气动性能。研究表明,随着叶尖间隙的增加,风扇/增压级总效率、风扇增压比和风扇/增压级增压比都有所下降。综合考虑,风扇/增压级的最佳间隙应为0.5～1倍设计间隙。

风扇／增压级非设计工况特性分析

本文对某涡扇发动机风扇-外涵道-内涵道整体进行三维定常数值模拟,对内外涵道在设计转速下的流量特性和非设计工况下的气动性能进行了分析。得到内外涵道的稳定工作区域以及在内外涵道堵塞和近失速点的流场信息,为风扇／增压级整体结构的性能评估和优化设计提供了一定的依据。

增压级给水泵在M701F4燃机TCA冷却水系统的应用

带有增压级的给水泵包括了吐出口和增压级抽头2个出口,其吐出口与HRSG的高压省煤器相连接,增压级抽头与燃机的TCA冷却器水侧进口相连接。增压级抽头的出口压力按TCA冷却器水回路需求压力设计,给水泵吐出口压力按HRSG主回路给水压力的要求而设计。一台给水泵可输出2种不同运行压力,解决了单一出口給水泵能耗、HRSG高压省煤器设计压力高的问题,对M701F4机型TCA冷却器冷却水系统的优化设计有一定借鉴意义。

基于优化设计方法的超高负荷增压级气动设计

以某常规负荷先进三级增压性能参数为基准,尝试采用一种大弯度低损失叶型,进行超高负荷单级增压气动设计。应用基于遗传算法的优化设计方法,以设计点性能为指标进行转静子三维叶片设计,进一步调整转子叶片积叠线规律以提升稳定工作裕度。数值模拟结果表明:以设计点参数为目标进行优化设计可实现设计点高性能;对此超高载荷转子,叶尖前掠使得转子叶片的载荷后移,叶片前缘载荷降低,可增加转子稳定工作攻角范围,有效提升增压级的裕度;与原始三级设计相比,大弯度设计的单级增压级可达到原设计的压比和稳定裕度,效率明显高于原设计,并且与过渡流道匹配较好,验证了设计方法的可行性。

风扇/增压级单元体装配平衡工艺分析

大涵道比涡扇发动机风扇/增压级单元体是具有特殊结构的转静子组合件,其装配平衡技术是发动机的核心技术也是工艺技术难点。对此需要在传统工艺技术的基础上进一步研究和创新,研究一套适用于该类结构单元体的装配平衡工艺技术方案并完成典型单元体的应用,从而解决同类发动机风扇/增压级单元体装配平衡技术难题,同时为发动机装配平衡工艺技术研究积累经验。