阶梯状处理机匣对跨声速压气机转子稳定性的影响

发布时间：2020-05-09 06:25

【摘要】：现代航空压气机主要为多级轴流跨声速压气机,主要特点是高级压比、高叶尖切向速度、高气动负荷,其中压气机的工作稳定性对整个发动机正常运转具有至关重要的作用。压气机内部流动复杂,叶尖区域存在泄漏涡和激波的共同作用会导致压气机失稳以及流动损失。周向槽机匣处理作为一种结构简单、扩稳效果明显且可靠性较高的被动扩稳技术,广泛被应用在现代航空发动机中。本文在跨声速压气机Rotor 37转子光壁机匣基础上,从实际应用出发,设计出6种不同阶梯状子午截面周向槽处理机匣。通过计算流体力学仿真软件,数值模拟了多种工况下压气机工作状态,对光壁和处理机匣下转子的叶顶流场进行了分析,探究了处理机匣提高压气机稳定裕度的机理。最后选取凹型处理机匣改变不同叶尖间隙高度,简要分析了不同叶尖间隙对带阶梯状处理机匣的跨声速压气机转子稳定性的影响。经过数值模拟得到:6种设计方案大幅度提高了压气机的稳定裕度,其中凹型状周向槽处理机匣的扩稳效果最为明显且效率损失最低。叶顶泄漏涡破碎和边界层分离引起的失速是压气机失稳的根本原因,其中叶顶泄漏涡破碎导致的流场堵塞是主要原因。周向槽与主流通道交接面的径向速度反映了槽内部的动量、流量交换,也体现了周向槽改善压气机叶顶堵塞的过程,间隙的轴向负动量反映出了压气机流场的堵塞程度。最后进一步研究表明,叶尖间隙的大小也是影响稳定裕度与效率的重要因素,凹型处理机匣在中等叶尖间隙下取得最大稳定裕度,但效率有所下降。
【图文】：

压气机,裕度,内流场,压比

就本文而言，能否通过改进机匣设计方案实现以最小机稳定裕度的提高，是本文研究的目的和意义。稳定性问题动机内部流动复杂，存在各种不稳定现象，直接影响发动效率等实际工作性能，更与发动机正常服役中出现的各种故部流动稳定问题是航空发动机研制设计中的难点与重点，而发动机研制过程中至关重要的环节。当前及未来压气机要同时减少重量、尺寸等以满足新型航空发动机的研发需求发动机不同工作环境下，压气机内部流场可能涉及到亚声流动，流动环境恶劣。分离流和漩涡运动在压气机内部广在于内部流场，对压气机的稳定性和效率有着很大影响[19]流方向不一致的流动（如图 1.3 所示），主要包括泄漏涡、通的涡系，以及由此形成的附面层潜移、激波、叶顶间隙泄漏2]。

特性曲线,轴流压气机,特性曲线,旋转失速

图1.4典型轴流压气机特性曲线工况分为气动弹性现象和单纯气动现象[2]，两种气的影响，旋转失速和喘振属于单纯气动现象。在发量的减小会导致转子攻角增加，空气流量减少到一出现在流场中，同时压气机发出特殊叫声、出现不一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋转方向体而言，旋转失速可以分为两种：第一种是平稳型着空气流量的减小，压气机的性能是逐渐连续下生在轮毂比较小的级，例如多级轴流压气机中的前先发生旋转失速，随后失速朝着径向、周向发展，压气机的后面级来说，轮毂比比较大，主要产生另由于后几级叶片较短，一旦产生旋转失速，失速会扩展，从而影响整个叶片环的工作，突然导致压气跃式旋转失速通常只有一个失速区。但是针对压气般情况下先产生平稳的旋转失速，，随后在流量继续
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V231

【相似文献】