風(fēng)扇-壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算和進(jìn)氣畸變影響預(yù)測方法研究.pdf

1、航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在近半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展中，技術(shù)水平取得了空前的進(jìn)步。風(fēng)扇/壓氣機(jī)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，性能指標(biāo)隨之不斷提高，從而對風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)體系中的計(jì)算方法提出了更高的要求。風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算以及進(jìn)氣畸變影響的預(yù)測方法是風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)體系中的重要工具，也是業(yè)內(nèi)人士一直以來研究的熱點(diǎn)之一。 本文開篇回顧了世界各國航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展歷程及一些預(yù)研計(jì)劃的內(nèi)容，然后在總結(jié)風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算和進(jìn)氣畸變影

2、響預(yù)測方法發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了本文的主要研究內(nèi)容和取得的主要研究成果。 本文主要開展了以下四個(gè)方面的研究工作： 一、在系統(tǒng)論述傳統(tǒng)的非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算方法—基元葉柵法的基礎(chǔ)上，發(fā)展了適合現(xiàn)代先進(jìn)多級軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)特點(diǎn)的非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)定邊界的計(jì)算方法，并通過多臺風(fēng)扇/壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定邊界的計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的比較，驗(yàn)證了方法的有效性和廣泛適用性。 二、在均勻進(jìn)氣條件下風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算的基礎(chǔ)上，

3、發(fā)展了用于分析進(jìn)氣畸變對風(fēng)扇/壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定性影響的準(zhǔn)三維模型，構(gòu)成了相對完整的多級軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)定性預(yù)測以及進(jìn)氣畸變影響的分析系統(tǒng)。已有算例的結(jié)果表明，準(zhǔn)三維計(jì)算方法靈活、可靠，可應(yīng)用于工程問題的分析研究，有著較強(qiáng)的工程適用性。 三、借鑒三維徹體力模型思想和構(gòu)成，發(fā)展了進(jìn)氣畸變對風(fēng)扇/壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定性影響的三維非定常計(jì)算方法。本計(jì)算方法通過非定常激盤，將三維非定常Euler方程和基元葉柵法組成了完整的預(yù)測

4、進(jìn)氣畸變對多級軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)定性影響的三維非定常分析系統(tǒng)。進(jìn)氣畸變條件下的三維計(jì)算結(jié)果與高、低速風(fēng)扇/壓氣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果的比較表明，計(jì)算方法快捷、有效，能夠反映出進(jìn)氣畸變影響的三維效應(yīng)，具有重要的學(xué)術(shù)研究價(jià)值和廣闊的工程應(yīng)用前景。 四、利用南京航空航天大學(xué)低速雙級軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)器，針對安裝畸變網(wǎng)的試驗(yàn)壓氣機(jī)，開展了較為詳細(xì)的進(jìn)氣畸變試驗(yàn)研究，并詳細(xì)分析了壓氣機(jī)進(jìn)口AIP截面總壓畸變特性，及其對壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)

5、定性以及壓氣機(jī)失速起始特性的影響。此外，試驗(yàn)驗(yàn)證了在AIP截面采用6支×6點(diǎn)測量方法確定總壓畸變特性時(shí)，需要根據(jù)插值方法加以修正，并給出了針對畸變網(wǎng)的總壓畸變特性的修正曲線。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有： （1）發(fā)展了預(yù)測現(xiàn)代先進(jìn)多級軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)定邊界的計(jì)算方法，并通過雷諾數(shù)關(guān)系式的引入，使原有的計(jì)算方法具備了評估雷諾數(shù)對風(fēng)扇/壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定性影響的能力。 （2）在均勻進(jìn)氣條件下風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)

6、性能計(jì)算的基礎(chǔ)上，發(fā)展了計(jì)算進(jìn)氣畸變對風(fēng)扇/壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定性影響的準(zhǔn)三維模型，構(gòu)成了一個(gè)相對完整的多級軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)定性預(yù)測及進(jìn)氣畸變影響的分析系統(tǒng)。 （3）發(fā)展了進(jìn)氣畸變對風(fēng)扇/壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定性影響的三維非定常計(jì)算方法，組成了一個(gè)完整的多級軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)定邊界預(yù)測及進(jìn)氣畸變影響的三維非定常分析系統(tǒng)。 （4）通過臨界畸變角概念的引入，有效地將Koch最大靜壓升系數(shù)法應(yīng)用于進(jìn)氣畸變條

7、件下風(fēng)扇/壓氣機(jī)穩(wěn)定邊界的預(yù)測。在均勻進(jìn)氣和畸變進(jìn)氣條件下，已有算例均驗(yàn)證了該方法的有效性和預(yù)測精度。 （5）發(fā)展的均勻進(jìn)氣條件下風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算方法、進(jìn)氣畸變對風(fēng)扇/壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定性影響的準(zhǔn)三維計(jì)算方法，以及進(jìn)氣畸變對風(fēng)扇/壓氣機(jī)性能和穩(wěn)定性影響的三維非定常計(jì)算方法，構(gòu)成了多級軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)定邊界預(yù)測及進(jìn)氣畸變影響的子系統(tǒng)，可納入風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)體系中，成為分析風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能和穩(wěn)定