旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子進(jìn)氣流道數(shù)值仿真及性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)向高推重比和高功率重量比方向發(fā)展，壓氣機(jī)除了要具有優(yōu)異的氣動(dòng)性能之外，還需要具有良好的結(jié)構(gòu)方案。新穎和好的結(jié)構(gòu)方案不僅能夠?yàn)閴簹鈾C(jī)氣動(dòng)性能的改進(jìn)和提高提供有力的支持，還可以使壓氣機(jī)的零部件數(shù)量適當(dāng)減少、結(jié)構(gòu)簡單、軸向及外廓尺寸小和重量輕，而具有這樣結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的壓氣機(jī)能夠顯著減輕航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的整體重量，從而有效提高現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的推重比和功率重量比。
　　基于激波壓縮技術(shù)的旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子

2、這種具有新穎結(jié)構(gòu)的壓縮系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中融合了超聲速進(jìn)氣道中所用的激波壓縮技術(shù)與傳統(tǒng)軸流式和離心式壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)，與常規(guī)壓氣機(jī)相比，具有單級壓比高、壓縮效率高、產(chǎn)生損失的氣動(dòng)面積小、結(jié)構(gòu)簡單、軸向長度短和重量輕的優(yōu)點(diǎn)。這種新型壓縮系統(tǒng)本身所固有的優(yōu)點(diǎn)使對于飛行狀態(tài)比較固定且對發(fā)動(dòng)機(jī)流量要求不大的航空飛行器和船舶、車載及工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)來說有著令人期待的應(yīng)用前景。因此，對其開展全面、深入的研究就具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文首

3、先對旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子的總體方案進(jìn)行了研究，提出了三種輪盤結(jié)構(gòu)形式的中空軸旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)方案，給出了旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子總體結(jié)構(gòu)參數(shù)，探討了旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子可能采用的泄漏密封措施和轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)。根據(jù)所確定的旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子總體結(jié)構(gòu)參數(shù)，特別是旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子輪緣進(jìn)氣流道的總體結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)并數(shù)值研究了二元超聲速內(nèi)壓式進(jìn)氣道的流場及性能，在研究中重點(diǎn)考慮了喉部與進(jìn)口高度比、擴(kuò)壓角、背壓和來流馬赫數(shù)對二元超聲速內(nèi)壓式進(jìn)氣道的影響情況。隨著喉

4、部與進(jìn)口高度比的增加，進(jìn)氣道的總壓恢復(fù)系數(shù)有先增大后減小的趨勢，適當(dāng)?shù)臄U(kuò)壓角有利于進(jìn)氣道總壓恢復(fù)系數(shù)的提高，背壓對進(jìn)氣道的性能和出口氣流參數(shù)分布的均勻性影響較大；來流馬赫數(shù)的增加會造成進(jìn)氣道總壓恢復(fù)系數(shù)的降低。
　　在二維超聲速內(nèi)壓式進(jìn)氣流道設(shè)計(jì)及數(shù)值研究的基礎(chǔ)上，借鑒二維超聲速進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子二維進(jìn)氣流道，并重點(diǎn)研究了壓縮面形狀、喉部長高比、轉(zhuǎn)速和背壓對二維進(jìn)氣流道中波系結(jié)構(gòu)、內(nèi)部流動(dòng)特點(diǎn)和性能的影響。在本

5、文的研究條件下，凸曲線壓縮面二維進(jìn)氣流道綜合性能最好，直線壓縮面二維進(jìn)氣流道綜合性能次之，拋物線壓縮面旋二維進(jìn)氣流道綜合性能最差。
　　選擇綜合性能相對較好的凸曲線壓縮面二維進(jìn)氣流道設(shè)計(jì)方案作為藍(lán)本，通過參數(shù)化柱面螺線方程和 CAD軟件設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子三維進(jìn)氣流幾何模型，并采用全三維數(shù)值模擬方法對其設(shè)計(jì)及非設(shè)計(jì)工況下的流場和性能進(jìn)行了數(shù)值仿真。隨著轉(zhuǎn)速的增加，旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子三維進(jìn)氣流道的增壓比不斷提高，而其絕熱效率卻不斷降低