旋轉沖壓壓縮轉子進氣流道數(shù)值仿真及性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空發(fā)動機和燃氣輪機向高推重比和高功率重量比方向發(fā)展，壓氣機除了要具有優(yōu)異的氣動性能之外，還需要具有良好的結構方案。新穎和好的結構方案不僅能夠為壓氣機氣動性能的改進和提高提供有力的支持，還可以使壓氣機的零部件數(shù)量適當減少、結構簡單、軸向及外廓尺寸小和重量輕，而具有這樣結構優(yōu)點的壓氣機能夠顯著減輕航空發(fā)動機和燃氣輪機的整體重量，從而有效提高現(xiàn)代航空發(fā)動機和燃氣輪機的推重比和功率重量比。
　　基于激波壓縮技術的旋轉沖壓壓縮轉子

2、這種具有新穎結構的壓縮系統(tǒng)在設計過程中融合了超聲速進氣道中所用的激波壓縮技術與傳統(tǒng)軸流式和離心式壓氣機的設計技術，與常規(guī)壓氣機相比，具有單級壓比高、壓縮效率高、產生損失的氣動面積小、結構簡單、軸向長度短和重量輕的優(yōu)點。這種新型壓縮系統(tǒng)本身所固有的優(yōu)點使對于飛行狀態(tài)比較固定且對發(fā)動機流量要求不大的航空飛行器和船舶、車載及工業(yè)燃氣輪機來說有著令人期待的應用前景。因此，對其開展全面、深入的研究就具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文首

3、先對旋轉沖壓壓縮轉子的總體方案進行了研究，提出了三種輪盤結構形式的中空軸旋轉沖壓壓縮轉子結構方案，給出了旋轉沖壓壓縮轉子總體結構參數(shù)，探討了旋轉沖壓壓縮轉子可能采用的泄漏密封措施和轉子支撐結構。根據(jù)所確定的旋轉沖壓壓縮轉子總體結構參數(shù)，特別是旋轉沖壓壓縮轉子輪緣進氣流道的總體結構參數(shù)，設計并數(shù)值研究了二元超聲速內壓式進氣道的流場及性能，在研究中重點考慮了喉部與進口高度比、擴壓角、背壓和來流馬赫數(shù)對二元超聲速內壓式進氣道的影響情況。隨著喉

4、部與進口高度比的增加，進氣道的總壓恢復系數(shù)有先增大后減小的趨勢，適當?shù)臄U壓角有利于進氣道總壓恢復系數(shù)的提高，背壓對進氣道的性能和出口氣流參數(shù)分布的均勻性影響較大；來流馬赫數(shù)的增加會造成進氣道總壓恢復系數(shù)的降低。
　　在二維超聲速內壓式進氣流道設計及數(shù)值研究的基礎上，借鑒二維超聲速進氣道設計方法，設計了旋轉沖壓壓縮轉子二維進氣流道，并重點研究了壓縮面形狀、喉部長高比、轉速和背壓對二維進氣流道中波系結構、內部流動特點和性能的影響。在本

5、文的研究條件下，凸曲線壓縮面二維進氣流道綜合性能最好，直線壓縮面二維進氣流道綜合性能次之，拋物線壓縮面旋二維進氣流道綜合性能最差。
　　選擇綜合性能相對較好的凸曲線壓縮面二維進氣流道設計方案作為藍本，通過參數(shù)化柱面螺線方程和 CAD軟件設計旋轉沖壓壓縮轉子三維進氣流幾何模型，并采用全三維數(shù)值模擬方法對其設計及非設計工況下的流場和性能進行了數(shù)值仿真。隨著轉速的增加，旋轉沖壓壓縮轉子三維進氣流道的增壓比不斷提高，而其絕熱效率卻不斷降低