兼顾两种工作模式的核心机驱动风扇级气动优化设计

发布时间：2017-10-12 06:19

  本文关键词：兼顾两种工作模式的核心机驱动风扇级气动优化设计

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【摘要】：变循环发动机是目前航空发动机一个重要的发展方向,核心机驱动风扇级(CDFS)是双涵道变循环发动机的关键部件之一。核心机驱动风扇级的设计难点在于要求其在两种工况差别较大的模式下高性能工作,本文提出利用兼顾两种不同工作模式性能的自动优化设计方法来完成CDFS气动设计。首先将S2流面通流计算方法与基于遗传算法的自动优化方法相结合,在S2流面通流计算时就兼顾到两种模式性能。S2流面通流计算优化时,以两种工作模式流量、总压比为约束,以总压比沿叶高分布、单外涵导叶出气角沿叶高分布和双外涵导叶转角为设计变量,寻找两种工作模式下转子进出口相对气流角和转子出口绝对气流角沿叶高分布差别最小的设计变量组合,以实现单双外涵模式性能兼顾。然后根据S2流面通流计算优化得到的结果对CDFS转子进行初始叶型设计,通过对初始叶型积叠而成的叶片进行流场计算,分析找到设计的不足之处,以便有针对性的对不足之处进行回转面叶型优化设计和三维叶片优化设计改进,优化改进后的叶片在两种模式下性能都有较大提升。本文还对进口可调导叶关闭角度对转子双外涵模式性能影响做了研究,研究表明,对于本文所设计转子,在单外涵模式向双外涵模式转换时,进口可调导叶关闭30°双外涵模式能够满足设计指标正常工作。最后分别在两种模式设计指标下对CDFS静子进行了气动设计,由于静子进口绝对气流角在叶尖处两种模式差别较大,在一种工作模式指标进行设计,另一种工作模式气动性能较差。所以采用回转面多点优化设计方法对静子叶型进行改进,以实现兼顾两种工作模式的性能,并取得的了满意效果。采用兼顾两种模式的优化方法本文所设计的CDFS转静子匹配级在单外涵模式工作点效率为88.54%,双外涵工作点效率为88.01%。
【关键词】：核心机驱动风扇级 变循环发动机 优化设计 S2流面 数值模拟
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V233
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14-18
• 1.1.1 核心机驱动风扇研究背景14-15
• 1.1.2 核心机驱动风扇级工作原理15-17
• 1.1.3 核心机驱动风扇研究意义17-18
• 1.2 国内外研究现状18-22
• 1.3 本文主要研究内容22
• 1.4 本文章节安排22-24
• 第二章 兼顾两种工作模式S2流面通流计算优化24-37
• 2.1 S2流面通流计算简介24
• 2.2 S2流面通流计算优化24-30
• 2.2.1 设计指标25-26
• 2.2.2 S2流面通流计算优化思路26
• 2.2.3 通流计算优化结果分析26-30
• 2.3 各参数权重系数对优化结果的影响30-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第三章 核心机驱动风扇级转子叶片优化设计37-65
• 3.1 CDFS转子二维叶型设计37-40
• 3.1.1 二维叶型参数化方法简介37-38
• 3.1.2 CDFS转子二维叶型初始设计38-40
• 3.2 二维叶片型面数对转子性能影响研究40-43
• 3.2.1 Numeca简介及相关设置41-42
• 3.2.2 三维流场计算分析42-43
• 3.3 CDFS转子回转面叶型优化43-51
• 3.3.1 回转面叶型优化方法简介44
• 3.3.2 转子回转面优化结果44-47
• 3.3.3 三维流场计算分析47-51
• 3.4 CDFS转子三维叶片优化51-57
• 3.4.1 三维叶片优化简介52
• 3.4.2 转子叶片三维优化52-57
• 3.5 CDFS转子第二次三维优化57-63
• 3.5.1 单外涵模式性能分析58-60
• 3.5.2 双外涵模式性能分析60-63
• 3.6 进口可调导叶关闭角度对转子双外涵模式性能影响研究63-64
• 3.7 本章小结64-65
• 第四章 核心机驱动风扇级静子叶片优化设计65-103
• 4.1 单外涵模式设计指标下静子设计65-81
• 4.1.1 转子S2通流计算出口参数与三维计算结果对比65-67
• 4.1.2 静子S2流面通流计算67-69
• 4.1.3 静子二维叶型设计69-71
• 4.1.4 进口绝对气流角对叶型总压损失系数影响研究71-72
• 4.1.5 级环境下单外涵模式三维流场计算72-77
• 4.1.6 级环境下双外涵模式三维流场计算77-81
• 4.2 双外涵模式设计指标下静子设计81-95
• 4.2.1 S2流面通流计算81-84
• 4.2.2 静子二维叶型设计84-86
• 4.2.3 进口绝对气流角对叶型总压损失系数影响研究86-88
• 4.2.4 单外涵模式三维流场计算分析88-91
• 4.2.5 双外涵模式三维流场计算分析91-95
• 4.3 兼顾两种工作模式性能静子回转面叶型优化设计95-101
• 4.3.1 回转面叶型多点优化简介95-96
• 4.3.2 静子回转面叶型优化设计96-97
• 4.3.3 单双外涵三维流场计算对比分析97-101
• 4.4 本章小结101-103
• 第五章 总结与展望103-105
• 参考文献105-108
• 致谢108-109
• 在学期间的研究成果109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1017138