高负荷吸附式低反动度压气机静叶设计问题研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arsenallei
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航空发动机是高性能飞机的心脏,其设计水平、制造工艺以及相关学科是一个国家工业水平的象征。随着对高推重比、高性能发动机要求的提高,压气机需要提供更高的总压比和效率以及小的轴向尺寸和更低的重量。这对压气机设计提出了更高的要求。哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心王松涛教授提出了高负荷低反动度吸附式压气机设计方法,通过在动叶中保证高效流动,在静叶中扩压并通过附面层抽吸来保证不产生分离,设计出一台三级压气机。该压气机抽吸量11.2%,效率88.2%。该压气机为压气机设计理念提出了一个新的视角,但在该方向上,仍然有许多设计问题有待进一步的深入探索。本文以该三级高负荷吸附式压气机为研究对象,对高负荷吸附式压气机静叶设计中的一些问题进行进一步的研究,为完善高负荷吸附式压气机设计做些基础工作。主要从扩大压气机工作范围、降低压气机抽吸量、提高压气机效率角度探究高负荷吸附式压气机静叶设计问题。首先对高负荷吸附式压气机第一级跨音速静叶应用了不同的掠叶片,研究了叶片前掠、后掠以及变弦长前掠对跨音速吸附式静叶的影响。通过对不同掠角的对比,得出掠叶片减小了压气机工作范围,并且改变了激波的位置,从而影响了抽吸量。为了避免叶片开槽对叶片强度造成负面影响,小展弦比设计有利于高负荷低反动度吸附式压气机具有良好的强度。因此针对展弦比对高负荷低反动度吸附式压气机静叶的影响开展了研究。对三级压气机的超音抽吸静叶、亚音速抽吸静叶和亚音速无抽吸静叶开展了研究。结果表明对于亚音速静叶,随着展弦比增加分离尺度减小、中部气流折转增加,端区气流折转减小。超音速抽吸静叶展弦比变化对损失和折转没有明确的规律,这可能是由于激波损失占主导导致的。为了降低抽吸量,有必要探究抽吸槽位置对超音速抽吸静叶影响。因此对抽吸槽在流道中位置进行了研究。结果分析显示角区分离源于低能流体在逆压梯度和壁面摩擦力作用下的滞止回流。抽吸槽由吸力面根部向流道中部移动会导致对角区低能流体影响减弱,从而导致角区分离,进而影响工作范围。本文最后从增强角区流动能力和工程实际角度出发,研究了静叶端壁倒圆对静叶气动性能的影响,并详细分离了倒圆对气动性能影响的机理。倒圆大幅提高了静叶气动性能,降低了损失并扩大了工作范围。
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