CDFS可变弯度导叶设计方法及叶尖射流扩稳研究

发布时间：2017-10-27 18:36

  本文关键词：CDFS可变弯度导叶设计方法及叶尖射流扩稳研究

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【摘要】：可变弯度导叶作为核心机驱动风扇级的关键部件,要求其在单、双外涵两种模式下都能高效稳定的工作。本文以某核心机驱动风扇级的设计指标为牵引,兼顾单、双外涵两种模式,探索了低损失条件下可实现大出口气流角调节范围的可变弯度导叶设计方法,完成了满足设计指标的可变弯度导叶设计和叶栅实验验证。此外,还在一台双级低速轴流压气机上研究了静子叶片弯曲对叶尖射流扩稳效果的影响,为叶尖射流扩稳技术和三维叶片设计技术的组合发展提供有益的指导。首先,为设计出可变弯度导叶的基础叶型,发展了一套快速、有效的二维叶片造型程序,可以方便的调节最大挠度位置、最大厚度位置、最大厚度、叶型弯角等叶型几何参数。将其与商用计算软件相结合,研究了叶型几何参数对叶栅性能的影响。研究结果表明:最大挠度位置对最小损失和落后角的影响与叶型弯角有关,叶型弯角越大,最小损失和落后角随最大挠度位置增大而增大的趋势越明显;不同的气流转折角对应着不同的最佳基础叶型。然后,在基础叶型设计的基础上,采用数值计算方法详细分析了缝隙形式以及设计点的选取对可变弯度导叶性能的影响,计算结果表明:采用Coanda形式的缝隙型面设计可以有效提高泄漏流的附壁性能,抑制缝隙后附面层的发展,尤其是在气流转折角较大的工况下,相比于普通圆弧形式,Coanda形式的缝隙型面设计使得叶型损失减小了50%以上;可变弯度导叶出口气流角变化范围较大,设计点的选取对单、双外涵两种模式下可变弯度导叶的性能有显著的影响。通过可变弯度导叶叶栅实验及核心机驱动风扇级的三维验证,证明所设计的可变弯度导叶可以满足核心机驱动风扇级单、双外涵的设计指标要求。最后,在一台双级低速轴流压气机上,采用实验方法,对比分析了第一级静子叶片分别为弯曲叶片和直叶片时,叶尖射流的扩稳效果以及压气机内部流场信息。实验结果表明:第一级静子由直叶片改为弯曲叶片后,在压气机失速过程中,模态波主要集中在叶尖区域,而叶尖射流恰好是通过改善叶尖区域的流场来拓宽压气机的稳定工作范围的,所以第一级静子叶片弯曲使得叶尖射流的扩稳效果更加显著,在0.03%的相对喷射流量下,流量裕度增加量可达到10.1%。
【关键词】：核心机驱动风扇级 可变弯度导叶 叶栅实验 叶尖射流 弯曲静子叶片
【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
• ABSTRACT5-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究背景15-17
• 1.2 国内外研究现状分析17-19
• 1.2.1 可变弯度导叶的研究现状17-19
• 1.2.2 叶尖射流扩稳技术的研究现状19
• 1.3 本文主要工作19-21
• 1.3.1 研究目的19-20
• 1.3.2 主要研究内容及章节安排20-21
• 第二章 可变弯度导叶基础叶型设计21-33
• 2.1 基础叶型构造方法21-24
• 2.1.1 厚度分布方程21-22
• 2.1.2 中弧线方程22-23
• 2.1.3 包络线生成23-24
• 2.2 基础叶型参数分析24-32
• 2.2.1 计算软件和数值计算方法介绍24-25
• 2.2.2 叶型弯角对叶栅性能的影响25-27
• 2.2.3 最大挠度相对位置对叶栅性能的影响27-29
• 2.2.4 最大厚度相对位置对叶栅性能的影响29-30
• 2.2.5 最佳基础叶型的选择30-31
• 2.2.6 稠度对叶栅性能的影响31-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 可变弯度导叶缝隙设计及设计点选取33-44
• 3.1 计算模型及计算方法33-34
• 3.2 可变弯度导叶设计指标34
• 3.3 可变弯度导叶缝隙形式设计34-38
• 3.3.1 Coanda效应的由来及其应用34-35
• 3.3.2 不同缝隙形式的对比35-38
• 3.4 可变弯度导叶开缝位置研究38-40
• 3.5 可变弯度导叶设计点的选取40
• 3.6 适用于CDFS的可变弯度导叶40-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第四章 可变弯度导叶叶栅实验验证及其在某CDFS中的数值验证44-57
• 4.1 实验设备及数据采集系统44-51
• 4.1.1 平面叶栅风洞介绍44-45
• 4.1.2 五孔探针及其标定45-49
• 4.1.3 位移机构49-50
• 4.1.4 数据测量与采集50-51
• 4.1.5 数据整理51
• 4.1.6 可变弯度导叶叶栅实验件介绍51
• 4.2 可变弯度导叶叶栅出口尾迹测量51-52
• 4.3 实验结果和分析52-53
• 4.4 可变弯度导叶在某CDFS中的数值验证53-56
• 4.4.1 CDFS计算模型及计算方法54-55
• 4.4.2 可变弯度导叶在CDFS中的数值验证55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 弯曲静子叶片对叶尖射流扩稳的影响57-76
• 5.1 压气机实验台及喷射系统57-61
• 5.1.1 双级低速轴流压气机实验台介绍57-59
• 5.1.2 实验台测量截面59-60
• 5.1.3 喷射系统60-61
• 5.2 稳态数据测量与采集61-65
• 5.2.1 6点梳状总压测量耙61-62
• 5.2.2 位移机构62
• 5.2.3 四孔探针及其标定62-65
• 5.2.4 稳态数据采集系统65
• 5.3 动态数据测量与采集65-66
• 5.3.1 高频响动态总压探针65-66
• 5.3.2 动态数据采集系统66
• 5.4 实验数据处理66-69
• 5.4.1 稳态数据处理66-68
• 5.4.2 动态数据处理68-69
• 5.5 实验结果和分析69-75
• 5.5.1 叶尖射流在直叶片压气机上的扩稳效果69-70
• 5.5.2 静子叶片弯曲对叶尖射流扩稳的影响70-75
• 5.6 本章小结75-76
• 第六章 总结和展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文83

【参考文献】

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本文编号：1104738