叶片开缝和边界层抽吸耦合控制压气机失速裕度的数值研究

为了进一步优化压气机的整体性能,提出三种叶片开缝和边界层抽吸的耦合流动控制方案。首先,利用数值模拟的方法,研究叶片开缝或边界层抽吸对跨声速轴流压气机流场结构的影响机理。然后,详细研究了边界层抽吸分别与三种不同叶片开缝的耦合流动控制方案对压气机整体性能的影响。研究结果表明,与叶片开缝或边界层抽吸的单独应用相比,三种耦合流动控制方案都使压气机实现了更宽的稳定裕度。全叶片开缝与边界层抽吸的耦合方案稳定裕度改进量为1.27%,中间叶高开缝的耦合方案和上半叶高开缝的耦合方案稳定裕度改进量分别为1.67%和1.35%;在近失速点处,相比较全叶片开缝与边界层抽吸的耦合方案,局部开缝与边界层抽吸的耦合方案应用后,总压损失和效率降低;上半叶高开缝的耦合方案在三种耦合方案中稳定裕度最高,所以叶片开缝和边界层抽吸的耦合方案是可行的。

冲压叶栅边界层抽吸处理分析

为了提高冲压转子叶片的性能,通过数值模拟的方法研究了边界层抽吸技术在内压式冲压叶栅上的应用,结果表明,与未抽吸的工况相比,采取抽吸措施可以提高冲压叶栅的增压能力,且其增压能力随着抽吸流量的增加而提高。在喉口位置之前抽吸会增强抽吸缝后的激波强度;而在喉口以及喉口之后的亚声区进行抽吸可以增大叶栅扩张段的气动流通面积,这会使结尾激波向叶栅出口移动,有利于提高冲压叶栅的压比;在结尾激波之后的低能流体聚集区抽吸更有利于冲压叶栅总压恢复系数的提高。在喉口之后抽吸时,对于某一确定抽吸位置的工况,存在着使总压恢复系数最大的最佳抽吸流量;研究结果还表明,当抽吸流量固定时,在喉口位置抽吸比在其它位置抽吸更能提高冲压叶栅的增压能力。

超声速边界层抽吸孔隙内流场结构分类

由于流体处于超声速和亚声速状态时,其性能有着显著的差异,这种现象同样存在于超声速边界层抽吸孔隙内。为了对超声速边界层抽吸孔隙内流场结构进行分类,主要通过数值计算的方法,对超声速边界层抽吸孔隙内流体的流动状态以及不同流动状态时抽吸孔隙内流场结构对抽吸腔反压的响应特点进行了研究,同时也对数值计算方法做了试验验证。数值计算采用基于有限体积法的二阶迎风格式来离散二维可压N-S方程,湍流模型采用标准k-ε模型,通过改变抽吸槽宽度D的方法来实现抽吸槽内流体处于不同的流动状态。根据抽吸槽内流体的流动状态的不同,将超声速边界层抽吸分为亚声速型,临界声速型和超声速型。分别对不同抽吸腔反压时三种抽吸类型流场结构变化特点以及声速流量系数Q变化特点进行了分析,发现不同抽吸类型对抽吸腔反压的响应规律存在显著差异。当δ/D>8.6时,即对于亚声速型抽吸而言,Q随δ/D减小而线性增加,且Q随p_c/p_0减小而减小。当δ/D<8.6时,即对于超声速型抽吸而言,Q随δ/D减小而迅速增加。另外,随p_c/p_0增加,Q先保持不变,当p_c/p_0增加到0.225时,Q开始减小,并且当p_c/p_0增加至0.675后,Q减小速率发生了突变。分析原因在于超声速型抽吸,抽吸腔反压向抽吸槽内的传递受到抽吸槽内分离区以及激波的阻碍,而对于亚声速型抽吸,抽吸腔反压能够直接传递至抽吸槽内,进而影响边界层抽吸。

端壁抽吸槽道布置对边界层抽吸压气机平面叶栅性能的影响

在压气机静叶叶栅端壁适当位置进行边界层抽吸,可以控制平面叶栅内的流动分离,提高平面叶栅的气动负荷。为考察抽吸槽道不同布置方案对平面叶栅气动性能的影响,在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心的跨声速风洞上,对不同抽吸槽道布置方案的压气机平面叶栅进行了吹风实验与数值模拟。结果表明:端壁边界层抽吸可以有效降低平面叶栅的总压损失,其效果与抽吸槽道布置的数量有关。

边界层抽吸对超燃冲压发动机流场特性的影响研究

为了解边界层抽吸对超燃冲压发动机流场的影响,采用风洞试验和数值计算对隔离段激波串特性以及燃烧室燃烧特性进行了研究。结果表明,在发动机入口马赫数2.0,总温950K,总压0.82MPa的来流条件下,当量比为0.18先锋氢气与不同当量比煤油共同燃烧呈不稳定状态,激波串在隔离段内前后振荡传播。当煤油当量比为0.29时,激波串振荡前缘远离抽吸位置,边界层抽吸对发动机流场基本没有影响。随着煤油当量比逐渐增大,激波串前缘位置到达抽吸区附近,边界层抽吸开始产生影响,改变了隔离段内的激波串动态演化过程、形态结构以及位置分布,同时有效提高了隔离段抗反压特性,使得煤油最大当量比可以由0.38增大至0.42。此外,边界层抽吸对发动机内的亚燃/超燃区域分布也会产生影响。

采用端壁边界层抽吸方法抑制时栅二次流的效果分析

１前言叶栅端壁边界层和叶片表面边界层的发展及其产生的各种旋涡和分离流动对二次流损失有着重要的影响［１，２］，采用端壁边界层抽吸可以控制叶栅端壁上边界层的发展，从而降低二次流损失并改善出口气流的均匀性。同时，在汽轮机湿蒸汽静叶栅中有时也需在端壁上开设抽...

边界层抽吸引起的旋转减弱

本文在边界层顶垂直速度正比于地转涡度和地转风速,并与下垫面粗糙度有关的前提下,研究了边界层抽吸引起的涡度变化,在圆对称气压系统内得到了不同粗糙度情况下的涡度场和气压场的变化速率,修正了经典理论的结果。在湍流交换系数是地转风速及高度的函数的前提下,推导了地形存在时边界层顶垂直速度的公式,并用来讨论地形存在时的旋转减弱问题。

端壁边界层抽吸技术在汽轮机调节级静叶栅中的应用

提出一种在调节级静叶栅叶片吸力面侧端壁处抽吸低能流体至轴封漏汽腔室，以降低静叶栅二次流损失的方法。采用三维稳态时均Ｎ－Ｓ方程组的有限容积差分法数值求解技术，对不考虑栅后漏汽工况、存在吸力面侧端壁抽吸工况及存在栅后蒸汽泄漏工况下的二次流的发展进行了模拟。计算结果表明，所提出的方法可以有效地提高静叶栅效率。

边界层抽吸和脉动反压作用下隔离段内流动特性研究

为了解上游边界层抽吸控制和下游周期脉动反压作用下隔离段内流动特性,采用非定常数值模拟和理论分析相结合的方法,对来流Ma=2情况下的隔离段内激波串动态演化特性、激波串形态结构变化以及激波串演化迟滞现象进行了研究。结果表明,在脉动反压和边界层抽吸作用下,激波串在上游抽吸狭缝与下游隔离段出口之间周期振荡,振荡频率与脉动反压一致。在振荡过程中,首道激波串形态在规则反射与马赫反射以及马赫反射与弧形激波(包含正激波)之间相互转换。边界层抽吸将激波串固定在抽吸狭缝位置,有效提高了隔离段抗反压性能,脉动频率越大,可承受的瞬态反压峰值越大。在一个振荡周期内,激波串向上移动速度较向下移动更快,且在上下移动过程中形态变化存在迟滞现象。

端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流影响的数值研究

湿蒸气透平静叶栅的端壁抽吸槽常用来抽除沉积水膜以防止动叶片水蚀，但它也有可能同时用来抽除端壁上边界层以抑制二次流的发展．作者采用有限体积差分法求解了三维稳态时均ＮＳ方程组，分析了在叶栅前缘附近进行端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流流场、气流偏转角及总压损失系数等气动特性参数的影响．计算结果表明，在前缘附近抽吸端壁边界层可以抑制马蹄涡的发展，减弱通道涡的强度，从而减小二次流损失并提高出口气流的均匀性．

基于边界层抽吸的埋入式进气道性能优化研究

埋入式进气道具有隐身性能好、飞行阻力低等优点,此类进气道通常具有低速性能优良、高亚声速性能偏低的基本特征。为了提升飞机巡航状态下(H=11000m、Ma=0.6)的进气性能,在进气道前设计加装了边界层抽吸孔,重点分析了边界层抽吸位置及抽吸流量对进气道性能的影响规律。数值仿真结果表明,在进气道前适当位置进行边界层抽吸能够排出部分近壁面低能量气流,从而提高进气性能;随着边界层抽吸流量的增大,进气道性能逐渐增加;抽吸流量一定时,边界层抽吸位置对进气性能影响较小。因此,在进气道前设计边界层抽吸装置是提升埋入式进气道高速阶段进气性能的有效手段。

抽吸激波管壁面边界层特性的研究

本文用差分方法求解激波管壁面有抽吸或质量引射时的层流边界层方程组,得到边界层内的速度分布和温度分布随抽吸或引射速度y、入射激波马赫数M、距离x(抽吸时间t)的变化规律。算例表明,边界层抽吸对激波管壁面边界层的特性有重要影响,使边界层厚度明显减薄,同时使壁面摩擦应力和热流率增大。

分布式动力系统尾缘射流与边界层抽吸的数值分析

为研究带有边界层抽吸的分布式动力系统尾缘射流对机身气动性能及推进效率的影响,将机身简化为二维翼型,并加入尾缘射流及边界层抽吸的作用,利用数值模拟的手段来研究来流攻角、射流偏转角、边界层抽吸对推进效率及气动性能的影响,为分布式动力系统的设计与应用提供初步的建议.结果表明在中、小来流攻角(2°及0.6°)的情况下尾缘射流及边界层抽吸能够提高升阻比,推进效率可超过80%;而在大来流攻角(4°)情况下射流偏转角增大使翼型的阻力大幅上升,对气动性能和推进效率产生极为不利的影响.

边界层抽吸效应对分布式推进系统气动性能影响数值研究

为探究边界层抽吸(BLI)效应对飞机的气动性能影响,采用基于沿流线体积力模型的飞机/发动机一体化数值模拟方法对某分布式推进系统进行了计算和分析。结果显示,BLI效应主要影响飞机中心体部分及发动机外整流罩的气体流动,对翼身融合体(BWB)的融合段及外翼段的升阻力影响较小。保持飞行条件和飞行攻角不变,飞机的升、阻力系数均随着无量纲化的发动机流量增加而增大,存在最佳无量纲化的发动机流量对应最大升阻比。发动机的安装位置直接影响机身表面的局部超声区和整流罩外的激波分布,布局在机身尾缘处会获得更好的升阻比,最大升阻比对应的无量纲化的发动机流量为0.65。

附面层抽吸对高负荷压气机叶栅流场的影响

在低速条件下,对不同吸气位置和吸气量的高负荷吸附压气机叶栅流场进行了实验研究,分析了吸气位置和吸气量对高负荷压气机叶栅流场的影响。结果表明,吸气位置和吸气量对高负荷吸气压气机叶栅流场影响显著,且在小吸气量下流场就有明显改善;附面层抽吸有效减小了积聚在吸力面角区的低能流体,流动分离被抑制,总损失下降明显,且抽吸对叶栅流场的影响随吸气量的增加而逐渐增大;在吸力面后部流动充分发展区域,采用附面层抽吸对抑制流动分离具有更好的效果。

正冲角下高负荷吸附式压气机叶栅数值研究

数值研究低速条件下边界层吸除对某高负荷压气机叶栅气动性能的影响。对该高负荷压气机叶栅原型进行数值研究,通过与前期试验数据的对比,校核商业计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算代码的可靠性。结果表明,计算得到的性能曲线与试验数据有较好的一致性,所应用的数值模拟手段是可行的;分析不同正冲角时叶栅出口总压损失的分布,并给出吸力面及端壁极限流线。结果表明,边界层吸除可有效改善叶栅气动性能,低能流体被吸除使得吸力面及角区的分离减小,且叶栅总压损失显著减小;随着冲角的增加,较小的吸气量不能实现叶栅性能较大的提升,需要增大吸气量才能有效削弱流动分离;在+10°冲角时,边界层吸除对大分离情况下的流场控制作用明显减弱,小吸气量时甚至使得压气机气动性能恶化。

激波串与进气道肩部分离泡相互作用

针对高超声速进气道激波串与肩部分离泡相互作用时的流动振荡问题,在来流马赫数为6的激波风洞中,采用高速纹影拍摄结合壁面动态压力测量,研究了有/无抽吸情况下激波串与肩部分离泡的相互作用过程。结果表明:当激波串前移至肩部附近时,有抽吸进气道也会产生大尺度的分离泡,进而有/无抽吸进气道内的激波串均会与肩部分离泡形成耦合振荡,并造成严重的脉动压力。在激波串的推动下,分离泡能够自由地越过肩部凸拐角,使得其自身的低频振荡特性能够显现。激波串内的压力波动会显著改变分离泡的形态,而分离泡形态的变化又会影响激波串内的压力,两者相互耦合从而维持这种低频振荡。无抽吸进气道具有相同的低频耦合振荡特性;而抽吸缝阻碍了上下游的信息传递,使得有抽吸进气道的分离泡低频振荡显著,而激波串振荡具有一定的宽频特性。经分离激波振荡范围和进气道入口速度无量纲后,有/无抽吸进气道低频耦合振荡的St均处于0.011~0.021,与经典分离泡的低频振荡特性相当。

涵道风扇电推进系统关键应用技术探讨

涵道风扇可作为分布式电推进航空器的动力装置,具有良好的发展潜力,现阶段在涵道风扇电推进系统设计和集成应用方面面临一些技术问题。对涵道风扇电推进系统的发展现状及应用前景进行综述,以分布式电推进航空器为背景分析对涵道风扇电推进系统的技术需求,重点探讨了涵道风扇气动设计、涵道风扇与航空器翼身融合设计、电机和涵道风扇结构一体化设计、强迫风冷散热、电磁兼容设计、复杂结构精密制造等关键技术及解决途径,为涵道风扇电推进系统开发和集成应用提供参考。

附面层抽吸对高负荷扩压叶栅气动性能影响的实验研究(英文)

对某大转角压气机叶栅进行了实验研究,以验证应用附面层吸气技术改善高负荷叶栅气动性能的效果。测量流场,并进行了流场显示。结果表明基于本文采用的附面层抽吸方式,各吸气方案下中径处的损失减小最为显著。只有在附面层已经分离但是还未远离避免的位置进行抽吸,端壁损失才明显地减小。随着吸气量增加和吸气位置后移,改善的程度增加,总压损失降低幅度最高达16.5%。附面层抽吸位置对总压损失的影响比抽吸量大。

冲压转子流场和轮毂抽吸处理分析

通过数值计算的方法对冲压转子中的三维流场以及轮毂抽吸后的流场进行了分析。研究发现,冲压转子中,轮毂处的分离影响了叶根至70%叶高截面的流动,轮毂处的角区分离限制了冲压转子的性能,使之只能工作在较低的背压工况下。而通过轮毂抽吸可以改善角区流动,提高冲压转子的压比和效率,并且抽吸位置在分离起始点位置时,效果最好。在抽吸流量占进口质量流量的0.5%时,效率可提高4%,压比提高20%。