非均匀栅距对压气机叶片非定常气动力的影响

研究了轴流压气机叶片采用非均匀栅距对叶片非定常力影响的问题,利用高分辨率格式求解准三维雷诺平均N-S方程。非定常流场计算采用了双时间步法与LU-SGS隐式解法耦合的方法。研究了带进口导叶的单级三排叶栅非定常流动,其中动叶栅距不变,而导叶和静叶采用非均匀栅距。对不同结构的计算分析表明,在导叶和静叶采用一定的非均匀栅距组合型式后,在保证压气机级的性能变化不大的同时,动叶表面所受非定常气动力的状况得到改善,这将有助于提高动叶片的疲劳寿命。

采用高负荷弯曲静叶的压气机改型研究

采用适合高亚音速气流进口的大折转角弯曲静叶对某型高负荷风扇级进行改型设计,使用单列弯曲静叶代替原型级中的串列静叶。采用三维成型技术设计弯曲静叶,引入叶片局部修型措施控制和改善栅内流动,通过数值模拟三维流场得到原型级和改型级的设计转速特性线和设计点的气动性能。研究结果表明:采用三维成型的高负荷弯曲静叶在优化压气机结构的同时也提高了压气机的气动性能,将是研发高性能压气机可采取的重要措施之一。

低速条件下稠度对扩压静叶栅弯叶片流场性能的影响

为研究弯叶片在扩压叶栅中改善流场性能的适用条件,对一直列叶栅三种稠度条件下的弯叶片流场进行了数值模拟。结果表明,稠度大小对弯叶片的作用影响较大,在一定范围内稠度越大弯叶片改善叶栅性能的作用越明显。大稠度下弯叶片明显提高了叶栅吸力面角区的通流能力及减小了端区的能量损失。分析表明,大稠度叶栅近端壁低能流体区较大而导致的端壁及吸力面角区性能恶化,是弯叶片能够发挥作用的重要原因。

进口总压径向畸变对扩压叶栅弯叶片流场性能的影响

为进一步探讨低速条件下弯叶片在扩压叶栅中的适用条件,用数值分析的方法研究了五种径向总压畸变的进口条件对扩压叶栅中弯叶片作用的影响。结果表明:进口总压畸变的型式能够影响弯叶片在扩压叶栅中的作用,影响分别为畸变层厚度的影响和主流区总压与端壁总压之差的影响。在一定的范围内畸变层越厚或压差越大,弯叶片对吸力面角区低通流区的密流增加越明显,从而更大程度地改善了端区的通流能力和流场性能,也极大地降低了叶栅损失。

积垢条件下压气机性能衰退数值模拟

针对轴流压气机在实际工作中遇到的叶片表面磨损、积垢问题,本文以NASA Stage 35单级轴流压气机模型为研究对象,建立了数值计算模型,以压气机的静叶部分为主要研究对象,使用更改静叶叶片表面粗糙度值和不均匀地更改静叶叶型厚度两种不同方法模拟压气机表面积垢情况,得到压气机效率、压比等性能的衰退情况与不同模拟方法的关系,以及压气机不同程度积垢下的流场变化情况。计算结果表明:更改叶片表面粗糙度对压气机的效率性能影响要大于对压比的影响,叶型厚度的变化会明显影响压气机的稳定工作范围。研究结果可为确定压气机清洗周期和运行寿命预估提供借鉴。

多级轴流压气机末级静子叶片串列改型方法及流动机理研究

针对多级轴流压气机末级静子叶片转折角大、角区分离严重、流动损失显著的问题,以某工业用6.5级轴流压气机末级静子为主要研究对象,提出了一种三维串列叶片几何参数化建模方法,能够实现对串列参数沿叶高分布规律、叶片弯掠等三维特征的灵活控制,以支持单列叶片向串列叶片的改型设计,并结合数值计算方法,开展了末级串列静子改型设计对压气机气动性能及内部流场的影响研究。结果表明:对6.5级轴流压气机,末级静子叶片由单列改为串列后,6.5级压气机设计工况绝热效率提高了0.965%,稳定工况范围有所拓宽;串列叶片缝隙区射流的流动局部加速作用能够抑制角区分离的周向和径向发展;相比机匣附近,轮毂附近串列参数的变化对压气机气动性能的影响更为显著,且周向交错度较轴向重叠度的影响更大。研究成果对多级环境下压气机三维串列叶片设计具有参考价值。

弯叶片对压气机静叶根部间隙泄漏流动的影响

研究了弯叶片对压气机静叶根部泄漏流动的影响机理.对比分析了采用弯叶片后,根部间隙泄漏涡的运动轨迹、旋涡强度的差异以及对吸力面附面层发展的影响;从根部最大负荷位置以及逆压梯度等参数的变化,分析了造成泄漏流动变化的原因;从出口截面的轴向速度分布以及出口气流角沿叶高分布的变化,分析了静叶根部采用弯叶片后对流动匹配的影响.结果表明:正弯叶片使泄漏涡强度减弱,提高了下端壁的通流能力,改善了静叶出口气动参数的均匀性,减少了能量损失,尤其是使近端壁处轴向速度增大,有利于原型压气机根部的流动匹配.

弯曲及局部修型对大折转角扩压叶栅性能的影响

通过数值模拟对具有51°叶型折转角的环形扩压叶栅进行了研究.将外流飞行器上控制附面层流动的基本思想和修型措施应用于弯叶片的局部修型,结合近壁面附面层流动和总压损失对比分析了大折转角扩压叶栅采用直叶片、弯叶片和局部修型弯叶片的气动性能.结果表明:在大折转角、高亚声速气流进口条件下,局部修型弯叶片能更有效的控制大逆压梯度下叶栅内附面层的发展,提高叶栅气动性能.

基于遗传算法的2维叶型优化设计

为得到具有宽广低损失工作范围的静子叶片,采用基于遗传算法的优化平台对3个不同载荷水平的静子叶栅叶型的型面、安装角及弦长进行优化设计。通过比较3个叶栅优化前后的正常特性线,认为尾缘"负载荷区域"对改善叶栅性能是有益的,且其对叶栅性能的改善效果与叶片载荷有关。结果表明:优化后叶栅性能在设计点和非设计点都有明显改善;叶片表面等熵马赫数分布类似控制扩散叶型,最大载荷点位置前移,叶型前段弯度增加,尾缘出现"负载荷区域"。

离心式压缩机压力脉动产生原因与作用机理

大型石化压缩机组中,机组易产生气流激振作用下的破坏失效。为了分析大型压缩机的振动故障,对某压缩机试验台进行了现场测试。通过对压缩机内压力脉动产生的原因静子与转子间相互作用进行分析,同时通过试验测试及测点信号的时域分析和频域分析结果证实,压缩机内部的压力脉动总是存在的,其特征频率为压缩机叶片通过频率及其谐频,且设计参数对压力脉动的影响很大。所得试验数据和分析结果对大型压缩机机组与管道系统的设计、监测与运行管理具有指导意义。

静叶尾迹对压气机动叶非定常气动载荷的影响

以某型航空发动机压气机转子系统为研究对象,建立了单级叶盘的三维结构及流场模型。通过对滑移网格(sliding mesh,简称SM)方法与运动坐标系(moving reference frame,简称MRF)方法在计算耗时和收敛性方面的比较,证明了运动坐标系方法的准确性和高效性。考虑前一级静叶尾迹的影响,求解压气机内部在不同时刻的流动特性,得到静叶尾迹对动叶流场的非定常干扰情况。经过对压气机叶顶和轮毂、动叶压力面和吸力面非定常气动载荷的分析发现:在动叶流场的前缘形成了较主流区压力和速度较低的不均匀流场,且在动叶前缘叶顶位置受到的气动载荷最为显著;动叶压力面和吸力面气动载荷的分布规律相反,从叶顶至轮毂、前缘至尾缘,压力面非定常气动载荷的大小和波动幅度逐步递减,而吸力面却与其相反,呈现出逐步递增的趋势。该研究为某型航空发动机压气机叶盘转子系统的动力学设计提供了理论依据。

中国航空发动机高压压气机发展的几个问题

叙述了全三维数值模拟技术的发展,分析了其局限性和解决途径;介绍了大小叶片设计技术的应用前景;探讨了提高高压压气机性能的技术途径;展望了中国高压压气机的发展;最后,给出了有益的启示。

轴流压气机串列静子叶片中弧线优化研究

叶片的中弧线分配对叶片整体的气动性能有很大影响,有利于降低总压损失,提高扩压能力。利用数值模拟仿真的技术手段,对串列静子叶片在0.8马赫数条件下的叶型中弧线进行研究。仿真结果表明改变中弧线分配后,前排叶片吸力面上的马赫数峰值的位置大小发生变化,改变了串列叶片正体的气动性能;负攻角加载提高或增强叶片流通能力,负攻角特性提升,正攻角特性下降;应将最终串列静子叶片的中弧线分配区间调整为前排叶片的弯角均匀变化,有利于改善串列叶片整体性能。

某型压气机轴流级改型静叶设计

通过对某原型轴流级静叶的分析，并对轴流压气机设计中采用的端部处理技术进行分析的基础上，提出了静叶改型设计以及端部处理方案，并进行了通流计算和造型。对改型设计中的双排静叶参数进行了优化、采用端部处理技术以及任意叶片造型，提高了轴流级效率。

某型发动机高压压气机第6级静子叶片掉角故障分析

针对某型发动机高压压气机第6级静子叶片掉角故障,分别进行了断口分析、强度计算、振动模态试验和整机动应力测试,综合分析结果表明:第6级静子叶片掉角断口均属于高周疲劳;实测第9阶振型的最大相对振动应力区与故障叶片的裂纹起始位置吻合;第9阶自振频率对叶尖附近的弦长、厚度及尾缘R的尺寸微小变化很敏感。采取了增加频率限制、对涂"W"漆前的吹砂工艺进行细化以保护叶片的措施,使得该故障得以排除。

非均匀栅距对压气机转子-静子气动干涉噪声的影响

根据Lighthill气动声学理论,推导出非均匀栅距结构下压气机转子-静子气动干涉噪声频谱公式。研究的叶栅结构为带进口导叶的单级三排叶栅,其中动叶栅距不变,而导叶和静叶栅距均采用非均匀栅距。计算了各种叶栅结构下转子-静子气动干涉噪声的大小。对不同叶栅结构的计算分析表明:在导叶和静叶采用一定的非均匀栅距组合型式下,在保证压气机级气动性能变化不大的同时,转子-静子干涉噪声能够得到降低。

非均匀栅距对轴流压气机流动影响的数值研究

本文进行了非均匀栅距叶片排的轴流式压气机流场数值研究,进口导叶采用了不同的非均匀栅距结构,探讨了不同工作状态下对压气机性能及动叶非定常气动力的影响。数值研究中采用LU-SGS隐式解法与双时间方法相结合,求解圆柱面二维流动的雷诺平均非定常N-S方程。数值研究的结果表明,进口导叶非均匀栅距结构对压气机气动性能影响不大,但对动叶表面受到的非定常气动力有一定影响。采用不同的非均匀栅距进口导流叶片排结构型式,动叶表面的非定常气动力的分布是不同的。不同工作状态下的计算结果显示,即使采用相同的非均匀栅距结构,非定常气动力的分布特性也是不相同的。

静叶角度调节对压气机性能影响的试验研究

本文介绍了通过调节一三级轴流压气机各级静叶角度组合,以改善级间匹配关系,从而来提高压气机性能的试验研究方法和过程。试验结果表明,静叶角度的改变对压气机性能有着极为明显的影响。通过试验,找到了该压气机在设计转速下的一组最佳角度匹配。最高绝热效率提高了7.4 个百分点。

高压压气机可调叶片角度控制系统及应用

本文简要介绍了某三排可调叶片角度控制系统构成、工作原理及在工程中的实际应用。该系统适应性强,其成功应用提高了压气机试验多级叶片角度转速跟踪调节能力,也为叶片调节数字控制技术的使用和推广奠定了基础。

Impact analysis of compressor rotor blades of an aircraft engine

Frequent failures due to foreign particle impacts are observed in compressor blades of the interceptor fighter MIG-23 aircraft engines in the Ethiopian air force,supplied by the Dejen Aviation Industry.In this paper,we made an attempt to identify the causes of failure and hence recommend the suitable materials to withstand the foreign particle impacts.Modal and stress analysis of one of the recently failed MIG-23 gas turbine compressor blades made up of the following Aluminum based alloys:6061-T6,7075-T6,and 2024-T4,has been performed,apart from the impact analysis of the rotor blades hit by a granite stone.The numerical results are correlated to the practical observations.Based on the modal,stress and impact analysis and the material properties of the three considered alloys,alloy 7075-T6 has been recommended as the blade material.