葉柵表面微形貌的氣動(dòng)特性影響機(jī)理與減阻方法研究.pdf

1、隨著航空業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代飛機(jī)高速、高燃油率等對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能提出了極高的要求。壓氣機(jī)葉片作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心組件之一，其氣動(dòng)特性的優(yōu)劣直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞。因此，研究葉片表面微形貌對(duì)其氣動(dòng)特性的影響規(guī)律，及如何降低葉片總壓流動(dòng)損失，提高葉片氣動(dòng)性能，是當(dāng)前主要任務(wù)。
　　本文首先設(shè)計(jì)一種新的凹坑結(jié)構(gòu)并采用數(shù)值模擬的方法研究其在湍流流場(chǎng)中的流動(dòng)特性，并考慮凹坑形狀、直徑、深度、間距和排布等對(duì)流動(dòng)特性的影響規(guī)律，選出減阻性能最佳

2、的組合方式;隨后通過(guò)分析凹坑面和光滑面的壁面切應(yīng)力、靜壓、近壁區(qū)流場(chǎng)特征及流動(dòng)參數(shù)沿高度方向的變化等研究凹坑面湍流流動(dòng)特性及機(jī)理。
　　然后將減阻性能最佳的凹坑結(jié)構(gòu)應(yīng)用在葉片上，并分別布置在吸力面30％-60％和75％-95％倍軸向弦長(zhǎng)處，研究凹坑對(duì)不同攻角下葉柵氣動(dòng)特性的影響規(guī)律，并比較兩者的減阻性能;并對(duì)凹坑葉片表面靜壓系數(shù)、粘性阻力、尾跡損失、總壓流動(dòng)損失等氣動(dòng)參數(shù)的變化作深入的分析。數(shù)值研究結(jié)果表明:凹坑有效地降低了葉片流

3、動(dòng)損失;隨后對(duì)葉片表面凹坑的減阻特性進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)了將凹坑應(yīng)用于航空葉片表面的可行性。
　　最后針對(duì)航空葉片加工精度問(wèn)題，采用可實(shí)現(xiàn)化k-ε湍流模型和可展壁面函數(shù)法，研究葉片表面粗糙度大小和分布對(duì)不同攻角下葉片氣動(dòng)性能的影響規(guī)律。選取七種粗糙度值(等效砂礫粗糙度Ks=4.96、9.92、19.84、39.06、77.5、155、200μm)，和三種粗糙度分布(將吸力面平均分成前(0-1/3c)，中(1/3-2/3c)，后(

4、2/3-1c)三部分），并對(duì)葉片吸力面粘性阻力、尾跡損失、總壓流動(dòng)損失、負(fù)載能力等氣動(dòng)參數(shù)的變化作深入分析。研究結(jié)果表明，粗糙度存在一個(gè)閾值，小于該閾值時(shí)，對(duì)葉片總壓流動(dòng)損失影響不大，超過(guò)閾值時(shí)，總壓流動(dòng)損失將急劇增加;另外，葉片吸力面整體粗糙效應(yīng)遠(yuǎn)大于局部粗糙效應(yīng);葉片局部粗糙時(shí)，所有攻角下，葉片吸力面前、中部(0-2/3c)粗糙對(duì)葉片氣動(dòng)性能影響較大，吸力面后部(2/3-1c)粗糙對(duì)葉片氣動(dòng)性能的影響較小。最后進(jìn)行平面葉柵風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，