風扇-壓氣機非設計點性能計算和進氣畸變影響預測方法研究.pdf

1、航空燃氣渦輪發(fā)動機在近半個多世紀的發(fā)展中，技術水平取得了空前的進步。風扇/壓氣機作為航空發(fā)動機的關鍵部件，性能指標隨之不斷提高，從而對風扇/壓氣機氣動設計體系中的計算方法提出了更高的要求。風扇/壓氣機非設計點性能計算以及進氣畸變影響的預測方法是風扇/壓氣機氣動設計體系中的重要工具，也是業(yè)內(nèi)人士一直以來研究的熱點之一。 本文開篇回顧了世界各國航空發(fā)動機發(fā)展歷程及一些預研計劃的內(nèi)容，然后在總結風扇/壓氣機非設計點性能計算和進氣畸變影

2、響預測方法發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，詳細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方面的研究工作： 一、在系統(tǒng)論述傳統(tǒng)的非設計點性能計算方法—基元葉柵法的基礎上，發(fā)展了適合現(xiàn)代先進多級軸流風扇/壓氣機氣動特點的非設計點性能和穩(wěn)定邊界的計算方法，并通過多臺風扇/壓氣機性能和穩(wěn)定邊界的計算與試驗結果的比較，驗證了方法的有效性和廣泛適用性。 二、在均勻進氣條件下風扇/壓氣機非設計點性能計算的基礎上，

3、發(fā)展了用于分析進氣畸變對風扇/壓氣機性能和穩(wěn)定性影響的準三維模型，構成了相對完整的多級軸流風扇/壓氣機非設計點性能和穩(wěn)定性預測以及進氣畸變影響的分析系統(tǒng)。已有算例的結果表明，準三維計算方法靈活、可靠，可應用于工程問題的分析研究，有著較強的工程適用性。 三、借鑒三維徹體力模型思想和構成，發(fā)展了進氣畸變對風扇/壓氣機性能和穩(wěn)定性影響的三維非定常計算方法。本計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測

4、進氣畸變對多級軸流風扇/壓氣機非設計點性能和穩(wěn)定性影響的三維非定常分析系統(tǒng)。進氣畸變條件下的三維計算結果與高、低速風扇/壓氣機試驗結果的比較表明，計算方法快捷、有效，能夠反映出進氣畸變影響的三維效應，具有重要的學術研究價值和廣闊的工程應用前景。 四、利用南京航空航天大學低速雙級軸流壓氣機試驗器，針對安裝畸變網(wǎng)的試驗壓氣機，開展了較為詳細的進氣畸變試驗研究，并詳細分析了壓氣機進口AIP截面總壓畸變特性，及其對壓氣機非設計點性能和穩(wěn)

5、定性以及壓氣機失速起始特性的影響。此外，試驗驗證了在AIP截面采用6支×6點測量方法確定總壓畸變特性時，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。 本文的主要創(chuàng)新點有： （1）發(fā)展了預測現(xiàn)代先進多級軸流風扇/壓氣機非設計點性能和穩(wěn)定邊界的計算方法，并通過雷諾數(shù)關系式的引入，使原有的計算方法具備了評估雷諾數(shù)對風扇/壓氣機性能和穩(wěn)定性影響的能力。 （2）在均勻進氣條件下風扇/壓氣機非設計點

6、性能計算的基礎上，發(fā)展了計算進氣畸變對風扇/壓氣機性能和穩(wěn)定性影響的準三維模型，構成了一個相對完整的多級軸流風扇/壓氣機非設計點性能和穩(wěn)定性預測及進氣畸變影響的分析系統(tǒng)。 （3）發(fā)展了進氣畸變對風扇/壓氣機性能和穩(wěn)定性影響的三維非定常計算方法，組成了一個完整的多級軸流風扇/壓氣機非設計點性能和穩(wěn)定邊界預測及進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)法應用于進氣畸變條

7、件下風扇/壓氣機穩(wěn)定邊界的預測。在均勻進氣和畸變進氣條件下，已有算例均驗證了該方法的有效性和預測精度。 （5）發(fā)展的均勻進氣條件下風扇/壓氣機非設計點性能計算方法、進氣畸變對風扇/壓氣機性能和穩(wěn)定性影響的準三維計算方法，以及進氣畸變對風扇/壓氣機性能和穩(wěn)定性影響的三維非定常計算方法，構成了多級軸流風扇/壓氣機非設計點性能和穩(wěn)定邊界預測及進氣畸變影響的子系統(tǒng)，可納入風扇/壓氣機氣動設計體系中，成為分析風扇/壓氣機非設計點性能和穩(wěn)定