高温蒸汽吸入对压气机气动稳定性影响机理和规律研究

发布时间：2020-06-16 00:39

【摘要】：蒸汽弹射是舰载机起飞的主要方式之一。由于蒸汽弹射器的自身结构等问题,在飞机起飞过程中会出现高温蒸汽泄漏等问题,使得压气机气动稳定性下降。发动机的气动稳定性主要由压气机决定。为了研究高温蒸汽吸入对压气机气动稳定性的影响,本文使用CFX软件对跨声速转子Rotor37及两级低速轴流压气机进行了数值模拟,并针对两级低速轴流压气机制定了试验方案。对跨声速转子开展单通道的定常和非定常模拟,研究了高温蒸汽吸入量、温升率和温升对轴流压气机气动稳定性的影响,结果表明:高温蒸汽的吸入使得压气机的稳定边界向着流量增大的方向移动,蒸汽量越大,对稳定边界造成的影响越大;温升率对于压气机气动性能基本没有产生影响;温升越大,对稳定边界造成的影响越大;高温蒸汽吸入对压气机进口处的气体平均密度等产生影响,通道激波位置前移,损失增大,导致失速提前发生。对跨声速转子开展全环的定常和非定常模拟,研究了压气机进口高温蒸汽分布对跨声速转子的气动稳定性影响,定常模拟结果表明:当蒸汽量相同时,不同转速下,随着高温蒸汽吸入面积的增大,转子的无量纲稳定工作范围变大。通过非定常分析发现,吸入高温蒸汽的区域使得叶片通道内的激波位置前移,激波强度增大,激波和叶尖泄漏流发生强烈的干涉,主流和泄漏流的掺混面前移,最后流动严重堵塞,压气机进入失速。对两级低速轴流压气机开展全环定常模拟,研究了高温蒸汽吸入量和蒸汽分布对其气动稳定性影响,结果表明:蒸汽吸入使低速轴流压气机稳定边界向流量增大的方向移动,无量纲稳定范围减小,且蒸汽吸入面积越大,稳定工作范围越小,与跨声速轴流压气机的计算结果相反。通过流场分析认为出现该趋势的原因在于在低速压气机中,当高温蒸汽量较小时,随着蒸汽吸入面积的增大,畸变区内的流动情况虽然略有改善,但基本相差不大,但蒸汽吸入面积较大时,畸变区的面积却大幅度增大,使得大部分的通道内流动状况恶化,这对于低速轴流压气机的失速起着主导作用,而对于跨声速压气机单转子,通道内存在激波等结构,流动状况比低速压气机复杂,当蒸汽吸入面积较小时,畸变区的流动状况较为恶劣,随着蒸汽面积的增大,流动状况得到了较好的改善,这对跨声速压气机带来了不同的影响。此外,当蒸汽吸入面积相同时,高温蒸汽量越大,对两级低速轴流压气机带来的不利影响更显著。
【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】：2019
【分类号】：V233;V271.492
【图文】：

图 1.1 蒸汽弹射起飞示意图汽弹射方式具有加速性好、安全性高、弹射能量大等优点，能够在较短止加速到离舰速度，因此世界上现役的大中型航母多采用这种方式。虽著，但当舰载机起飞时蒸汽弹射器会出现蒸汽泄漏的现象，容易导致发

图 1.2 吸入高温蒸汽对压气机工作点的影响合后，气体常数将升高，比热比降低，而蒸汽在这些因素都会使风扇/压气机的工作特性改变。当气机的性能和稳定性影响越明显。当风扇进口处换算流量

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本文编号：2715245