带有风扇叶片的短舱进气道地面涡影响研究

发布时间：2020-05-19 16:54

【摘要】：本文采用数值仿真方法对短舱进气道地面涡的形成和发展进行了研究,分析得出了在短舱进气道内加入叶片进行数值仿真计算的必要性,总结了来流条件、距地面高度等因素对加入叶片后的短舱进气道地面涡的影响规律,得出了不同条件下的地面涡分界线方程。首先,对没有加入叶片的短舱进气道在侧风及逆风来流条件下的地面涡进行了模拟。总结出远场来流速度以及距地面高度都会对短舱进气道地面涡产生一定的影响。在侧风来流条件下,随着侧风来流速度的逐步增加,地面涡会逐渐消失,进气道出口畸变逐渐增加。短舱进气道距地面高度越低,越容易形成地面涡。而逆风条件下所产生的地面涡往往是成对出现的,地面涡强度较弱,进气道的出口畸变较小。其次,对加入四片、八片螺旋桨叶片的短舱进气道分别在侧风以及逆风来流条件下的地面涡进行了模拟。分析得出在短舱进气道内加入螺旋桨叶片后的短舱进气道产生的地面涡强度明显低于不加叶片的短舱进气道产生的地面涡强度,并且地面涡的环量值会随着叶片数的增加而略有增加,而流场的畸变会随叶片数的增加而略有降低。接着,对加入风扇叶片的短舱进气道进行了模拟。分析得出在侧风条件下,加入风扇叶片的短舱进气道地面涡环量随转速的增加而略有增加,但是小于不带叶片的短舱进气道地面涡环量;在来流速度较大时,进气道出口的畸变大于不带叶片的出口畸变指数,但是在相同条件下,加入风扇叶片的总压恢复系数都是高于不带叶片的总压恢复系数。通过侧风滑跑条件下的地面涡模拟,分析得出相同条件下纯侧风的地面涡强度最大,无风滑跑状态的地面涡强度最小。迎风条件下加入风扇叶片的短舱进气道地面涡环量值随来流速度的增加而增加,相同来流条件下的涡量值是低于不带叶片的短舱进气道地面涡环量值。最后,对短舱进气道在典型的距地面高度下,采用实验手段测量了进气道唇口下方近地面的速度分量,初步验证地面涡的存在和实验手段的有效性。
【图文】：

风扇叶片,地面,进气道,杂物

而当航空发动机在空气环境中湿度较大工作时，水蒸气由于涡中心区域的温度降低到了露点温度以下凝结成液态小水珠，随着空气一起被吸入进气道，这样就可以看见地面涡现象。若是环境中的细小颗粒物较多也是可以看见地面涡的轮廓。图1.1为飞机发动机在地面状态工作时产生的地面涡现象。图 1.1 地面涡现象当地面涡形成时，地面的杂物或者沙尘随之被夹带进入进气道，进而损坏风扇叶片、压气机叶片等，对发动机产生磨损。地面涡会造成气流总压损失，降低进气道总压恢复系数，同时流场畸变指数也会增加，风扇截面处的气流攻角发生变化，降低风扇效率和推力，同时降低压气机的失速裕度，喘振裕度。还会引起风扇的振动，使发动机的性能恶化，降低发动机的服务寿命。由于地面涡这种现象的发生会严重地威胁着飞机发动机的安全，并且目前国内外大多数文献关于地面涡的研究都只是针对不带风扇叶片的短舱进气道，所以对加入风扇叶片后的短舱进气道所产生的地面涡现象进行进一步研究是有现实意义的。1.2 研究现状1.2.1 地面涡形成条件对于地面涡的形成，必须要有涡量来源，最基本的

速度比,地面,进气道,流管

时，下面的尾涡消失，出现一个地面涡和一个尾涡，如图1.2所示。图中可以看出流管的变化，当速度比较小时，流管没有接触地面，当形成地面涡时，流管是与地面相接触的。图 1.2 速度比对地面涡的影响[4]此外，他还做了关于一对进气道的模型实验，如图1.3所示。模型以 H D 2.8来放置，通过实验观察得到：在进气道模型下游都各自产生了尾涡，同时进气道模型之间也产生了地面涡。由于该实验并没有放置地面，说明地面边界不是产生地面涡的必要条件，同时该实验自由来流为无旋流，，说明来流是否有旋不影响地面涡的形成。他认为，涡量最初来源于进气道管道外壁面边界层粘性的作用
【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】：2018
【分类号】：V211.48

【参考文献】