【摘要】：本課題組提出了一種新型氣驅(qū)涵道風(fēng)扇結(jié)構(gòu),能夠較好地解決渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比增大帶來(lái)的風(fēng)扇和低壓渦輪轉(zhuǎn)速不匹配的矛盾,其核心部件葉尖渦輪具備極低稠度和極低展弦比的特征,稠度低至0.6(常規(guī)稠度1.2~1.6),展弦比低至0.4(常規(guī)展弦比1.5~2.0)。目前對(duì)該特征葉尖渦輪的流動(dòng)機(jī)理和設(shè)計(jì)技術(shù)并沒有形成完善的理論體系。本文基于新型氣驅(qū)涵道風(fēng)扇結(jié)構(gòu)原理樣機(jī),采用數(shù)值模擬的方法開展了低稠度葉尖渦輪流動(dòng)特征以及其設(shè)計(jì)技術(shù)的研究,同時(shí)搭建相關(guān)原理試驗(yàn)臺(tái),為后續(xù)發(fā)展新型大涵道比推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)奠定理論基礎(chǔ)。主要工作包括:1、針對(duì)一種可以極大提高涵道比的新型氣驅(qū)涵道風(fēng)扇結(jié)構(gòu)開展研究,采用數(shù)值模擬手段分析其核心部件葉尖渦輪的損失構(gòu)成和流動(dòng)特征,并結(jié)合其非定常流動(dòng)特性,闡明其流動(dòng)損失機(jī)理,初步探究了中弧線的設(shè)計(jì)規(guī)律,為后續(xù)發(fā)展這種結(jié)構(gòu)奠定理論基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn):該葉尖渦輪在低稠下主要損失是葉型損失,占到總損失的70%,其損失量是常規(guī)稠度下葉型損失的5倍;葉背處產(chǎn)生的大面積分離渦是其葉型損失的主要來(lái)源,載荷前移,喉道位置隨著稠度降低漸漸推出流道,流動(dòng)反力度大幅降低是其主要流動(dòng)特征;大面積分離渦產(chǎn)生的機(jī)理來(lái)自于兩個(gè)方面,一方面是喉道位置移動(dòng)到前緣,分離在前緣過早發(fā)生,另一方面是葉盆處的速度勢(shì)影響范圍變小,分離區(qū)范圍急劇擴(kuò)大;基于喉道位置的變化特點(diǎn),將中弧線最大撓度位置前移能夠有效的提高葉尖渦輪的效率和能量提取率。2、結(jié)合低稠度葉尖渦輪的流動(dòng)特征提出基于反力度的葉型設(shè)計(jì)方法來(lái)針對(duì)性的提高低稠度下葉輪整級(jí)的壓比和效率,并且對(duì)反力度的設(shè)計(jì)方法和具體影響開展研究,結(jié)果表明:高反力度設(shè)計(jì)能夠有效的抑制流道內(nèi)的流動(dòng)分離,極低稠度下(0.9以下),無(wú)論是做功能力還是效率都占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),可以認(rèn)為高反力度設(shè)計(jì)是提高極低稠度渦輪轉(zhuǎn)子內(nèi)部效率和做功能力的有效措施。而低反力度設(shè)計(jì)不適用于極低稠度;在常規(guī)低稠度下(0.9-1.3),高反力度設(shè)計(jì)與低反力度設(shè)計(jì)總體上都優(yōu)于常規(guī)反力度設(shè)計(jì),高反力度效率有優(yōu)勢(shì),低反力度壓比有優(yōu)勢(shì)。兩者的選取方法是稠度接近0.9選高反力度,稠度接近1.3選低反力度。3、針對(duì)新型氣驅(qū)涵道風(fēng)扇推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)開展試驗(yàn)研究,搭建了一套可以實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)原理的試驗(yàn)臺(tái),并且將前文對(duì)葉尖渦輪的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用其中,從而實(shí)現(xiàn)該原理結(jié)構(gòu)并且驗(yàn)證該推進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)際增推能力,分析其工作特征。結(jié)果表明:該試驗(yàn)臺(tái)工作可靠,高轉(zhuǎn)速下仍能夠保持涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn);測(cè)量準(zhǔn)確合理,增推比達(dá)到1.5初步驗(yàn)證了該原理樣機(jī)的增推原理,但仍然有很大提升空間;在效率一定時(shí),涵道放大比確定的時(shí)候,渦輪氣體單位功越高,風(fēng)扇推力與功率的比值越低。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V235.13

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本文編號(hào)：2618795