复合掠弯轴流增压设计技术

提高增压比是未来涡扇发动机实现低耗油率需求的关键途径,而级数少、重量轻、长度短的高负荷轴流增压系统一直是研究重点。小展弦比复合掠弯能够有效控制超声速流动损失以及大折转角下的流动分离,是高负荷设计技术的重点发展方向。本文在大前掠带箍风扇基础上,开展了高负荷两级风扇超跨声速级间流动匹配研究,发展了全新的小展弦比、三维掠弯设计方法;基于试验结果完成了一维、二维特性模型修正,采用优化方法建立了全工况性能匹配调节规律,并完成了优化调节试验验证。以此为基础,为进一步提高负荷,开展小展弦比串列叶片前段减速增压、后段折转增压概念原理设计和试验验证;运用数值模拟方式进行了动叶自循环吸附验证;完成了低反力度气动布局设计和静叶吸附的试验验证。最后,初步讨论了可变流量Flade叶片构型面临的高效率全超声速动叶设计、环内壁低损失超声速流动控制等技术挑战,以及柔性叶片和智能材料相融合的造型设计方法。

基于复合弯掠技术的轴流风机叶轮优化

基于叶轮机械全三维优化设计平台NUMECA/Design 3D,采用人工神经网络和遗传算法相结合的方法,通过复合弯掠技术对一低压轴流风机叶轮空间弯掠积叠线进行三维优化设计。优化目标为在设计工况点保持风机流量不变,尽可能提高气动效率和全压升。结果表明:复合弯掠优化使叶轮设计工况点的效率和全压升分别提升约1.92%和3.98%。复合弯掠优化使叶片负荷重新分布,改善了叶顶和叶根区域的流动,同时抑制了叶轮近吸力面叶根角区的流动分离和减小了叶顶泄漏涡的强度和影响范围,降低了流动损失,提高了叶轮气动性能。

宽弦复合弯掠风扇叶片径向变形协调研究

基于某大涵道比宽弦复合弯掠风扇叶型设计特点,针对弦向最大相对厚度分布、叶尖稠度、掠形等气动设计参数,开展了径向变形协调敏感性研究。研究结果表明,风扇叶片径向变形分布对叶片掠形沿发动机轴向的分布最为敏感,最大相对厚度分布和叶尖稠度的调整主要影响风扇叶尖径向变形数值,但对于叶片变形趋势影响较小;叶尖稠度的改变有利于风扇叶片径向变形协调,但收益较小;通过调整最大相对厚度分布和叶片中上部掠形,能够较好地解决风扇叶片径向变形协调问题,并优化设计出满足径向变形协调要求的风扇叶片设计方案。

高负荷高效率压气机级特性计算研究

针对某采用小展弦比、复合弯掠等先进技术设计的高负荷高效率压气机级,采用三维CFD软件和一维特性预估程序,对压气机级转、静子叶排特性和级特性进行计算与分析。结果表明:在缺省经验系数下,一维计算结果与三维计算结果相差非常大;在修正经验系数下,总压比、流量、绝热效率的一维计算结果都与三维计算结果基本吻合,由此确定出一维特性计算的经验系数。本研究可为高负荷、高效率压气机特性预估提供技术支持。

轴向尺寸限制下的低压轴流风扇自动优化设计

针对空调低压轴流风扇轴向尺寸受限制情况下的自动优化设计问题,基于B样条曲线,采用基元级设计和复合弯掠技术相结合的参数化方法构建轴流风扇三维模型.将轴流风扇叶轮参数化方法、商用数值计算软件ANSYS和第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)耦合.在叶轮轴向尺寸限制下以容积流量和静压效率为目标函数,建立起集参数化建模、网格划分、流场计算和多目标优化于一体的自动优化设计平台.在设计工况下,采用该优化平台对一款低压轴流风扇展开优化设计,并通过数值模拟和实验方法对比分析了优化前后模型的气动性能,结果表明:优化后的轴流风扇减小了轴向尺寸,在设计工况下实验流量提升10.4%、静压效率增加1.7%,具有较宽的工作范围,并且减弱了叶尖涡的强度,提高了通流能力.