高負(fù)荷壓氣機(jī)靜子葉片優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、在保證高效率和足夠穩(wěn)定工作裕度的前提下提高壓氣機(jī)單級(jí)負(fù)荷，是航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高性能壓氣機(jī)的要求。靜子造成的失速是限制高負(fù)荷壓氣機(jī)工作范圍的重要因素，本文研究主要任務(wù)是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)與高負(fù)荷壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子匹配、性能較好的靜子，并總結(jié)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)律。
　　本文采用準(zhǔn)三維方法進(jìn)行初始靜子葉片設(shè)計(jì)，再對(duì)初始葉片進(jìn)行全三維優(yōu)化。首先由 S2通流計(jì)算得到靜子葉排進(jìn)出口氣動(dòng)參數(shù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，然后優(yōu)化設(shè)計(jì)得到滿足要求的各個(gè)葉高截面 S1流面葉

2、型，并徑向積疊成三維葉片，該葉片作為后面三維優(yōu)化的初始葉片。最后為進(jìn)一步提升靜子葉片性能，在級(jí)環(huán)境下對(duì)準(zhǔn)三維方法得到的靜子進(jìn)行三維優(yōu)化設(shè)計(jì)，以得到符合設(shè)計(jì)目標(biāo)、性能良好的葉片。S1流面葉型及三維葉片優(yōu)化都基于課題組所開發(fā)優(yōu)化平臺(tái)。
　　為保證優(yōu)化效果，對(duì)優(yōu)化平臺(tái)所用流場(chǎng)計(jì)算程序的精度和優(yōu)化平臺(tái)的適用范圍進(jìn)行了檢驗(yàn)。由 S2流面通流計(jì)算給出各葉高截面靜子葉片流場(chǎng)計(jì)算初邊值條件及氣動(dòng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在課題組開發(fā)的優(yōu)化平臺(tái)上通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)分別得

3、到了滿足S2通流計(jì)算的各葉高S1流面葉型，并沿徑向積疊成三維葉片，該葉片作為后文三維優(yōu)化設(shè)計(jì)的初始葉片。研究子午面面流道修改、端彎、積疊線彎掠、載荷分布及來(lái)流附面層厚度幾個(gè)因素對(duì)壓氣機(jī)靜子葉片內(nèi)二次流動(dòng)及葉片性能的影響，并以研究結(jié)果為參考，對(duì)靜子三維優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行選擇和設(shè)置?？紤]到前排轉(zhuǎn)子影響，在級(jí)環(huán)境下完成靜子葉片的三維優(yōu)化。
　　與商用軟件Numeca及實(shí)驗(yàn)值的比較結(jié)果證明，該優(yōu)化平臺(tái)流場(chǎng)計(jì)算程序具有良好的精度。在本平臺(tái)上

4、進(jìn)行的亞音葉型和超音葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)例表明，使用該平臺(tái)可以得到滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的葉型。由優(yōu)化例結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，葉片尾緣“負(fù)載荷”區(qū)域?qū)θ~片性能改善有益。采用準(zhǔn)三維方法設(shè)計(jì)所得初始靜子葉片設(shè)計(jì)點(diǎn)的總壓恢復(fù)系數(shù)為0.969，流量基本滿足設(shè)計(jì)要求。級(jí)環(huán)境下的靜子三維優(yōu)化是一種基于三維流場(chǎng)分析的全三維設(shè)計(jì)方法，該方法借數(shù)值最優(yōu)化方法尋找最適合三維流場(chǎng)的葉片幾何特征，適合用于進(jìn)行設(shè)計(jì)變量多、幾何特征復(fù)雜的三維葉片設(shè)計(jì)。靜子三維優(yōu)化后，靜子葉片通道內(nèi)分離區(qū)明