跨音速风扇气动优化设计方法与流场特征研究

发布时间：2020-12-26 20:28

　　鉴于多级风扇/压气机核心设计技术的研发始终在高负荷高通流航空发动机压缩系统的研制中占有重要地位,世界各国在高效、高负荷、高通流以及高可靠性压缩系统领域不惜投入巨资,以此来满足高推重比航空发动机的研制需求。因此,深入理解并研究多级风扇/压气机通道内部流动物理机制,探索利用有限空间内的几何约束引导流体向所需的方向流动,同时合理控制激波与附面层相互干扰,降低气动损失,达到高效热功转换的目的,并在此基础上发展相关的压缩系统优化设计技术,将是一条拓展现代先进航空发动机综合性能极具潜力的技术途径。本文以已经公布实验数据的NASA Stage-67两级跨音速轴流风扇的设计参数为基础,通过一维、准三维和全三维的设计方法对该两级跨音速风扇进行气动设计研究,通过三维CFD技术获取跨音速风扇通道内详细流场结构参数与性能参数,深入分析多级环境下跨音速扩压流动与通道几何边界之间的关联特征。在此基础上,建立了该两级跨音速风扇通道（端壁+叶片）的优化设计方法,并开展相关的气动优化设计研究与内部流场诊断分析。最终,获得了气动性能提升的新型两级跨音速风扇气动布局、相关的性能与流场结构数据。本文针对两级跨音速风扇通道端壁... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

飞机及其发动机的发展[2]

压气机研究会不断朝着更高水平发展。1.3 风扇/压气机的设计体系及内部损失1.3.1 风扇/压气机的设计体系众所周知，Navier-Stokes 方程是描述叶轮机械内部流动的基本微分方程形式。长久以来，它一直是流体力学中最具普遍意义的基本物理模型。而人们对流动机理的认识并非一蹴而就，具有阶段性、持续性、递进性的特点。另外不同时期、不同发展阶段，相应研究技术发展无法与理论深度同步。这导致在实际工程应用方面，Navier-Stokes 方程得到了不同的简化处理，继而引入了多种假设模型。于是形成了前期的一维设计方法，随后形成了二维、准三维设计方法以及全三维设计方法，乃至如今定常/非定常流场的研究现况。最初以简单的展向积叠为通流理论，以单级典型直叶片为气动研究对象。经过理论深度认识和设计技术的积累，叶轮机械内流研究已经深入到定常或非定常的三维流动工况中，不仅仅是气动性能的单一研究，还伴随着振动、噪音等多学科交织发展的局面，其发展历程如图 1-2 所示。

图 1-3 R. R. 公司伴随优化设计体系[9]压缩系统内部流动损失分析化风扇/压气机最主要的目的是最大限度地改善其内部工质流动能损失，进而提高风扇/压气机的气动效率，拓宽其失速裕度并性。然而，要想充分掌握优化设计的精髓，做到知其然并知其所就是对风扇/压气机内部各种流动损失及其产生机理有一个深时也是为优化设计工作的研究方向提供准确的理论支持[10]。扇/压气机的流动损失主要由上下通道的二次流损失、上下端壁和基本的叶型损失组成[11]。上下端壁的二次流损失指的是由叶致的泄漏损失、角区位置的流动分离损失和气封引起的泄漏损失流动损失存在较大的差异性。通道二次流损失是在叶片通道这种中，由于高速气流流动而引起的损失，主要包括马蹄涡（吸力面马蹄涡）、通道涡（上通道涡、下通道涡）、壁角涡等涡系影响主的损失。由于风扇/压气机的三维空间结构比较复杂，动叶与静

【参考文献】：
期刊论文
[1]高负荷轴流压气机的通流计算与分析[J]. 李想,顾春伟.  工程热物理学报. 2015(09)
[2]航空发动机风扇/压气机技术发展的若干问题与思考[J]. 刘永泉,刘太秋,季路成.  航空学报. 2015(08)
[3]某五级轴流压气机性能分析[J]. 李博,顾春伟,肖耀兵,李孝堂,刘太秋.  工程热物理学报. 2015(06)
[4]轴流压气机叶片准三维自动优化设计[J]. 安志强,周正贵,张益豪.  推进技术. 2014(04)
[5]五级轴流压气机气动设计数值研究[J]. 陈江,刘太秋,李孝堂,杜刚.  工程热物理学报. 2010(06)
[6]叶型反设计计算研究[J]. 蔡留成,周拜豪,康小云,王子登.  燃气涡轮试验与研究. 2009(02)
[7]基于遗传算法与近似模型的全局气动优化方法[J]. 薛亮,韩万金.  推进技术. 2008(03)
[8]对加快发展我国航空动力的思考[J]. 刘大响.  航空动力学报. 2001(01)
[9]涡喷发动机压气机三种 S2 流面计算程序的比较[J]. 袁宁,张振家,顾中华,冯国泰.  推进技术. 1998(01)

博士论文
[1]多级轴流压气机气动优化设计研究[D]. 马文生.清华大学 2009



本文编号：2940406