某多级压气机畸变传递过程中相关参数影响研究

进口畸变是诱发航空压气机内部流动失稳的关键因素,极大地限制了压气机的性能及稳定运行范围.在畸变条件下采用数值模拟及模型分析相结合的方法,建立了一个模型,以某型三级压气机为研究对象,研究畸变传递过程中相关参数影响,计算了畸变强度和畸变范围沿压气机轴向的分布情况.结果表明在进口总压畸变相同的条件下,转速越小,压气机出口畸变强度越小,出口总压分布相对较均匀,出口畸变范围也越小;总压总温畸变,进口畸变范围越大,压气机出口畸变强度越大.不论是总压畸变还是总温畸变,对于该三级压气机,径向畸变的衰减程度比周向畸变衰减程度大.     

进气畸变对大涵道比发动机压气机中介机匣性能的影响

大涵道比涡扇发动机中的压气机中介机匣内存在流动分离,由此造成的损失和出口流场畸变对航空发动机的性能有重要影响。通过根部安装20%高度的扰流器以模拟径向进气畸变,对一台大涵道比涡扇发动机的压气机中介机匣开展了畸变影响气动性能的实验研究。实验结果表明：进气畸变导致进口截面的总压恢复和损失系数相较于均匀进气分别下降了0.684%和增加了9.74%;总压和和总温在通道整体高度40%以下区域亏损严重;在出口截面,进气畸变导致总压波动幅度大且40%高度以下存在低压区;出口总温由于气流的掺混明显高于均匀进气条件,出口速度明显降低。畸变气流通过中介机匣后,总温和总压分布较进口的畸变度下降且分布更加均匀;相较于进口畸变总压约30%的波动量,在出口处已经减小到了约10%。可见中介机匣对进口径向畸变沿流向的发展有明显改善作用。     

某型航空发动机对插板式进气畸变的响应

为得到较为准确的发动机对进气畸变的稳定性响应模型,首先分析了由实验所得到的某型航空涡扇发动机进口扰流插板产生的稳态总压畸变和紊流分布。相对于压气机转子进口,将周向分布的稳态总压畸变和截面脉动压力处理成为一组不同频率的压力激励波形分布。通过频谱分析得到:在发动机失稳前,稳态畸变形成的波形频率最低,幅值最大,是引起发动机失稳的主要原因。对该组合畸变激励波用一阶响应模型进行动态修正并使用平行压气机分析模型,得到了经修正的压气机喘振边界和得到改善的发动机进气畸变响应模型。最后分别计算了高、低压压气机逐步失稳的工作点移动过程。结果表明:与压气机出口实验失稳波形十分接近,该模型准确可行。     

进口导流叶排角度对轴流压气机总压畸变的影响

对某三级轴流压气机,利用三维欧拉方程建立模型,采用体积力法进行计算仿真。研究分析IGV(进口导流叶排)对压气机进气畸变的影响,以及设计转速状态下改善畸变效果最好的IGV角度。计算结果表明：IGV可以有效改善流场品质,使压气机各截面的畸变参数都有所减小,例如三级转子进口的畸变角度降低了21.4％,畸变强度降低了10.2％；IGV起到了很好的整流作用,表现出了显著的减小畸变程度的能力；随着IGV角度的增加,畸变强度随之降低,当IGV角度达到临界值后畸变强度反而开始增大；设计转速下,IGV临界角度为45°左右,在此角度下改善畸变的效果最好。     

壁面粗糙度对轴流压气机气动性能的影响

以某典型压气机级为研究对象,利用三维数值模拟方法系统、定量地研究了壁面粗糙度变化对轴流压气机气动性能的影响,揭示了壁面粗糙导致压气机性能退化的内在机制。结果表明:壁面粗糙度增大会降低压气机总压比和等熵效率,且粗糙度越大,性能衰退越快;当壁面粗糙度超过90μm时,压气机的总压比和等熵效率分别下降2.58%和7.15%;近壁区气流的黏性耗散,分离区气流掺混、堵塞的增强,以及激波损失是导致压气机性能退化的主要原因;壁面粗糙度增大将使压气机特性线向流量减小的方向移动,近失速点的特性参数减小得更快,压气机的稳定工况范围有所增大,但通流能力大幅降低;当壁面粗糙度超过150μm时,失速工况提前发生,压气机稳定工作范围迅速减小6.21%。     

基于坐标法的涡喷发动机特性计算①②

压气机特性数据是通过大量实验而获取的,结合发动机调节规律对压气机特性数据进行计算,可获得整台发动机的特性,从而缩短发动机研制周期。该文根据某研制中的压气机特性数据,使用坐标数值方法对航空发动机特性进行了计算研究,且基于VB语言开发了相关的程序,实现了高压压气机和低压压气机共同工作线的计算、绘制以及发动机的特性的计算。     

多级跨声速轴流压气机几何参数化造型方法及增压特性分析

为发展高性能多级跨声速压气机先进设计体系，提出了压气机多圆弧叶型、多圆弧厚度分布叶型及修正NACA 6-系列叶型造型方法，利用NASA/GE研发的高效节能发动机E³高压压气机前6.5级的准三维设计数据，建立了相应的压气机三维几何参数化模型，并通过数值模拟研究了造型压气机在多个转速下的内部流动及增压特性。结果表明：在100%设计转速近最高效率点处，造型压气机的质量流量与设计目标及与原型压气机试验结果的误差分别为0.4%和0.6%,绝热效率的误差分别为1.9%和0.9%;造型压气机模拟及原型压气机试验所得总压比均低于设计目标；前排跨声转子叶片气动负荷过大导致激波脱体严重是压气机的主要设计不足，改善叶片气动负荷分布、缓解叶片溢流是提升压气机气动性能尤其是设计点总压比的有效方法。研究成果对开展多级跨声速压气机设计优化具有参考价值。     

离心压气机性能影响机理研究及优化

压气机作为航空发动机的核心器件,对发动机的流量和功率影响显著。与轴流压气机相比,离心压气机具有结构简单、制造方便以及单级压比高等特点,十分适用于流量较小、总压比不高的小型涡轴发动机。该文基于Concepts NREC对离心压气机的叶轮和扩压器在规定工况下进行整体设计,并对离心压气机进行三维数值模拟,研究典型参数对离心压气机的影响,对初步设计模型参数进行优化,得到在设计工况下离心压气机的理想模型。研究表明：适当降低进口轮毂比、适当减小叶轮叶根进口角、合理选择叶顶间隙数值和叶轮出口相对宽度对提升压气机的效率和压比有利,优化后的离心压气机效率最高可达0.831,对应压比为8.771,工作裕度为18.44%,效率比初步设计的离心压气机提高了4.79%,压比提高了3.68%。     

轮廓度加工超差对压气机气动性能影响的数值研究

在压气机叶片加工过程中,轮廓度较难保证,极易出现加工超差,对压气机的气动性能产生影响。以单级轴流压气机为例,通过数值计算研究了轮廓度加工超差对压气机气动性能和局部流场的影响规律。结果表明,动叶尖部轮廓度超差对压气机等熵效率的影响最为显著,而动叶根部轮廓度超差对压气机总压比的影响最大。进一步的敏感性分析指出,轮廓度的变化与轴流压气机的总性能参数呈现负相关特性,并且,随着叶片轮廓度的增大,进口负攻角逐渐增大,流动损失增加。     

发动机废气涡轮增压系统的能量流研究

基于发动机一维性能仿真计算和试验相结合的方法,对某型轿车用柴油机的废气涡轮增压系统能量流分布规律进行了研究.通过研究发动机排气能量在涡轮机-压气机-中冷器中的传递过程,得出了涡轮机回收排气能量的潜力和增压系统的能量流特性.结果表明:增压系统能量流分布和排气能量回收效率主要取决于发动机和增压器的运行工况;外特性下,在增压...     

进气总压畸变对某型涡扇发动机性能的影响

基于多扇区平行压气机理论，对采用俄罗斯的可移动扰流板畸变试验的涡扇发动机，进行了气动稳定性及性能的数值模拟，结果表明畸变使得发动机稳定工作裕度降低、推力下降、耗油率增加。     

基于RBF神经网络发动机进气总压畸变指数预报

本文基于进气总压畸变试验数据混沌特性分析的基础上，建立了基于混沌参数的RBF神经网络预测模型，并将该模型用于对发动机进气总压畸变指数的预测．结果表明该模型可以对进气总压畸变指数随时间的变化规律做出有效预报。从而为进一步对发动机实施有效的、实时的监控提供有力的保障．     

航空发动机插板式进气压力畸变紊流度分布

根据试验的结果,插板式进气畸变脉动压力在发动机进口可分为未扰动区、掺混区和低压区。紊流的主要能量分布在掺混区内,具有低频和宽泛的幅值特征,基本服从正态分布。其主要能量分布在100 Hz以内,其幅值较低压区高6倍,是影响畸变度的主要区域。对其它两个区域的紊流分布也进行了分析,得到了其统计分析结果。还发现,随插板升高,特别是在发动机接近失稳时,脉动压力能量逐渐向一固定频段收敛,该低频段幅值大幅升高并充满畸变流场,并引起发动机失稳。初步分析认为:可能是进气道内的气流在强烈的紊流扰动下,出现了自激振荡现象。     

基于实验的插板式进气畸变稳态压力场估计

扰流插板引起的进气畸变流量随插板高度升高具有收敛到某一点的趋势。截面平均总压和周向低压区内平均总压与进气流量成线性关系。据此,可以预估周向畸变指数。低压区周向角只与插板高度成线性关系。截面稳态畸变压力分布可以分成高压区、掺混区、低压区,且分布各有特点,边界明显。     

矩形上一类全组合偏差极值问题

给出矩形上组合偏差及全组合偏差的新定义,研究了从矩形到矩形上保持端点对应的所有同胚映射在这两类偏差中的极值问题。运用Euler-Lagrange方程、面积长度法和均值不等式证明,并得到这两类极值问题的解为仿射映射,推广了唐茹月在矩形上组合偏差函数极值问题的解是仿射拉伸变换的结果。     

非轴对称弯掠静叶对畸变流场影响的数值研究

为探究非轴对称弯掠静叶在压气机中应用的可行性以及弯掠静叶参数对畸变流场的改善效果,以扇形叶栅试验件为研究对象,采用计算数值模拟方法,研究非轴对称弯掠静叶几何参数对畸变流场的影响.在受进口畸变影响较为严重的位置,设置正弯、反弯、前掠、后掠静叶,构成不同非轴对称静叶造型方案,探究其对静叶流场的改善.结果表明:最佳反弯方案Nbow-0.5-10可使流场损失减小2.75%;前掠对于根部损失可起到较好的抑制作用;后掠对根部损失改善效果略逊于前掠,但有利于减小主流区的损失.