康达喷气叶栅喷气内腔体拓扑优化设计及试验研究

为了减小从康达喷气叶栅内部流出的喷气方向与叶栅主流方向的偏差,进一步提升康达喷气对流动分离的抑制效果,本文基于流体拓扑优化技术及布置导流肋的方法对康达喷气叶片原始喷气内腔结构进行优化设计。采用数值计算和高速风洞试验评估优化的喷气内腔结构对康达喷气叶栅气动性能的改善效果。结果表明:优化设计的带肋喷气内腔结构可以减小康达喷气与主流掺混的偏差角,叶片吸力面尾缘的流动分离区域进一步减小;在来流Ma为0.5、攻角为0°、1.25%喷气量下,采用带肋喷气内腔的康达喷气叶栅总压损失系数较采用原始喷气内腔结构降低了7.15%;采用带肋喷气内腔结构能够使叶栅在不同工况条件下的总压损失小于原始内腔结构,且在最佳喷气量下获得最小的总压损失系数。

自适应康达喷气控制在高负荷压气机中的试验研究

未来航空发动机的发展要求其压缩系统级负荷不断增大,由此将使得压气机内部出现较强的角区分离、附面层流动分离等二次流。提出了一种新型的自适应康达喷气流动控制(ACJC)方法,更加智能且高效地抑制压气机内部流动分离并提升压气机的扩压能力,进而拓宽高负荷压气机稳定、高效运行范围。为构建自适应康达喷气流动控制系统并在高负荷压气机上验证其控制效果,首先,选取了扩压因子为0.66的压气机静叶叶栅为研究对象,并优化设计了单缝康达喷气静叶叶栅;然后,基于数值计算结果采用方差分析法、主成分分析法和神经网络算法建立了单缝康达喷气静叶叶栅来流攻角预测模型和最佳喷气量预测模型;最后,搭建了基于自适应康达喷气流动控制系统的试验平台,验证了其对高负荷叶栅流动分离控制的有效性和准确性。试验结果表明:在不同攻角和不同来流马赫数条件下,自适应康达喷气流动控制系统能够实时准确地预测来流攻角,并瞬间做出喷气量实时调节与反馈。此外,在5°来流攻角下,当来流马赫数为0.4、0.5和0.6时,相比于无康达喷气叶栅,康达喷气的引入使得总压损失系数分别降低了11.5%、9.8%和8.0%。

高负荷叶栅中康达喷气控制方法的设计及分析

本文采用数值模拟的方法研究了康达喷气对高负荷压气机叶型吸力面分离的抑制效果和作用机理,通过试验设计方法主要分析了康达喷气叶型的三个关键几何参数与喷气量对叶栅总压损失系数、静压升系数的影响。利用基于试验设计方法得到的相关性因子构建回归模型,并对康达喷气叶型的设计方案进行了寻优。最优设计方案在采用与主流流量比为0.01的喷气量时,总压损失系数最低,相比参考叶型减小18.4%;在采用流量比为0.015的喷气量时,静压升系数最高,相比参考叶型增加8.8%。流场分析表明,康达喷气的影响因子通过改变叶型厚度、开缝位置及附面层流体动量来影响其对流场的改善效果。