逆风条件下地面涡气动特性及评价方式研究

发布时间：2020-07-19 11:44

【摘要】：随着大涵道比涡扇发动机直径的增加,进气道地面涡问题也变得越来越严重且不可消除。地面涡被吸入进气道会造成进气道内总压损失,会使压气机叶片发生振动,随着地面涡吸入的杂物会损坏压气机及涡轮叶片,对发动机造成很严重的影响。本文以缩比的短舱进气道模型为研究对象,对其进行网格划分。通过数值计算的方法得出在逆风条件下不同的影响因素对地面涡结构以及其气动特性的影响。首先,利用国外的实验数据与本文的仿真结果进行对比来验证数值计算的可靠性。其次,在逆风条件下,考虑来流速度和离地间隙对地面涡气动特性的影响。结果表明随着远前方来流速度的增加地面涡气动特性曲线均是先增大后减小且地面涡的旋转方向会发生改变,并且旋转方向发生改变时,地面涡气动特性曲线会发生阶跃现象。随着离地间隙的增大,在同样的远前方来流速度下,地面涡强度、总压畸变会减小。不同的离地间隙下地面涡气动特性曲线先增大后减小,但是气动特性曲线的峰值会出现滞后现象。之后重点考虑速度梯度对地面涡气动特性的影响。结果表明在Y方向速度梯度下近地截面形成的地面涡是一对涡,旋转方向相反。速度梯度越大,地面涡强度,总压畸变指数明显变大,且峰值会出现滞后现象。在Z方向速度梯度下,近地截面形成的地面涡是一个单涡结构,在进气道上方也会形成一个涡体。地面涡强度、总压畸变指数会先增大后减小,峰值不会出现滞后现象。最后,从地面涡强度、总压畸变、旋流畸变这几个方面对发动机地面涡气动特性进行评价。结果表明随着进气角度的增大,地面涡强度、总压畸变指数都会变大。进气道出口形成的旋流从一对相向旋转的涡逐渐向一个单涡过渡。当进气角度达到90°即变成纯侧风工况时,由于壁面附面层影响,在进气道壁面会形成小的旋流。整体涡指数逐渐增大,对涡指数减小,旋流从典型的对涡结构转变为局部涡流结构。本文也采用了SC_(60)、CC_(60)、C_(60)来评价旋流畸变,并且指出随工况的不同所用的评价指标也应相应的变化。当进气角度为从0°~50°时,采用C_(60)、CC_(60)来全面的评价旋流畸变。当进气角度为从50°~90°时,可以采用SC_(60)来评价旋流畸变。以上研究可以为以后评价地面涡的工作提供相应的参考。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V231
【图文】：

发动机,地面

中国民航大学硕士学位论文第一章绪论1.1 研究背景由于对噪声小和高效节能的发动机的需求不断增长，更大的涵道比涡轮风扇发需求量变的更大。由于风扇直径很大，使发动机的直径比以前也变得更大。对于式翼吊发动机，当发动机接近地面，且处于静态或接近静态时，在地面和发动机会有地面涡产生。随着 20 世纪 50 年代大型客机的涌现，地面涡迅速被确定成为很严重的问题，且不可消除，并且高速旋转的地面涡会给发动机带来许多危害，飞机的飞行安全。

进气流,地面

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示意图,离地间隙,进气流,示意图

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