【摘要】：對于航空發(fā)動機(jī),高推重比是始終不變的追求目標(biāo)。在達(dá)到相同的總壓比前提下,提高級負(fù)荷,減少增壓級的級數(shù),有助于提升發(fā)動機(jī)的推重比。為此,本文以某常規(guī)設(shè)計(jì)的三級增壓級性能參數(shù)為基礎(chǔ),采用一種新型大彎度低損失擴(kuò)壓葉型,進(jìn)行超高負(fù)荷單級增壓級設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)以一級替代原始三級增壓級,提高發(fā)動機(jī)的推重比。本文的研究基于教研室成熟的設(shè)計(jì)體系,葉片設(shè)計(jì)基于S1/S2兩類流面方法,并結(jié)合自動優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,進(jìn)一步提升增壓級性能。本文可分為以下三個(gè)部分:第一部分對教研室設(shè)計(jì)所得的超高負(fù)荷單級增壓級與原始三級增壓級,在內(nèi)外涵聯(lián)算環(huán)境下,對比分析經(jīng)濟(jì)巡航轉(zhuǎn)速、高溫起飛轉(zhuǎn)速以及最大爬升轉(zhuǎn)速下的性能。模擬結(jié)果表明:三種轉(zhuǎn)速下兩者設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率基本一致,而單級的壓比和失速裕度均低于原始三級增壓級,尤其是在葉根處,單級增壓級的壓比與三級的壓比相差很大。第二部分以該常規(guī)負(fù)荷三級增壓級性能參數(shù)為基礎(chǔ),嘗試采用一種新型大彎度低損失葉型,進(jìn)行超高負(fù)荷單級增壓級氣動設(shè)計(jì)。應(yīng)用基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,以設(shè)計(jì)點(diǎn)性能為指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)靜子三維葉片設(shè)計(jì),進(jìn)一步采用葉片積疊線前掠提升失速裕度。數(shù)值模擬結(jié)果表明:采用設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)點(diǎn)高性能;對此超高載荷轉(zhuǎn)子,葉尖前掠使得轉(zhuǎn)子葉片的載荷后移,葉片前緣載荷降低,可增加轉(zhuǎn)子穩(wěn)定工作攻角范圍,有效提升增壓級的失速裕度;與原始三級設(shè)計(jì)相比,大彎度設(shè)計(jì)的單級增壓級可達(dá)到原設(shè)計(jì)的壓比、流量和失速裕度,效率明顯高于原設(shè)計(jì),并與過渡流道匹配較好,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的可行性。第三部分針對轉(zhuǎn)子葉根處高損失,采用通流計(jì)算程序研究轉(zhuǎn)子葉根處的絕對進(jìn)氣角對性能參數(shù)的影響,更改導(dǎo)流葉片的出口氣流角并重新設(shè)計(jì)了導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)子和靜子葉片。結(jié)果表明:對于大彎度轉(zhuǎn)子葉型,轉(zhuǎn)子葉型進(jìn)口絕對氣流角增大,葉型的出口相對氣流角和絕對馬赫數(shù)相應(yīng)地減小,能夠有效改善轉(zhuǎn)子和靜子通道內(nèi)的流動。但這也會增大導(dǎo)流葉片葉根處的氣流轉(zhuǎn)角,使得通道內(nèi)的流動性能變差,增加設(shè)計(jì)難度。更改轉(zhuǎn)子進(jìn)口預(yù)旋后重新設(shè)計(jì)獲得的增壓級,與原始的增壓級相比,能夠達(dá)到相同的壓比、更高的效率(設(shè)計(jì)點(diǎn)效率由86.83%提升至87.84%),并且過渡流道的總壓恢復(fù)系數(shù)增加(由97.77%提升至98%),可見適當(dāng)增大轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣角有利于改善超高負(fù)荷增壓級通道內(nèi)的流動狀況。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V23
【圖文】：

圖 1.1 增壓級所處位置示意圖壓級的加功能力有限，效率也難以提高，但其對渦扇發(fā)動握增壓級的設(shè)計(jì)和研制技術(shù)，可以填補(bǔ)我國在民機(jī)增壓級的研制奠定堅(jiān)實(shí)、可靠的基礎(chǔ)[5]。究現(xiàn)狀究現(xiàn)狀涵道比渦扇發(fā)動機(jī)的主要部件之一, 國外各主要發(fā)動機(jī)公計(jì)經(jīng)驗(yàn)，例如 JT15D-4/5、PW545A、DV2、AI-22、CF34-上增加若干級演變而來的。而采用增壓級的更高推力級500、PW8000,PS-90A、CF6-80C2、GP7000、PW4000、GE算機(jī)為載體的數(shù)值模擬技術(shù)（CFD）迅速發(fā)展，壓氣機(jī)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為輔的設(shè)計(jì)體系。以普惠公司為例，由于引入先有了很大的提升，其新近設(shè)計(jì)的增壓級已不再進(jìn)行部件試][7]。

第三章 不同轉(zhuǎn)速單級和三級增壓級性能分析對于航空發(fā)動機(jī)而言，由于飛機(jī)飛行狀態(tài)的改變，常常需要工作在不同的轉(zhuǎn)速下，其中起飛狀態(tài)、巡航狀態(tài)和最大爬升狀態(tài)三種轉(zhuǎn)速下的性能尤為重要。這使得在壓氣機(jī)氣動設(shè)計(jì)時(shí)，著重關(guān)注設(shè)計(jì)狀態(tài)下性能的同時(shí)，也要兼顧非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下的性能。本章通過對某三級增壓級和以該三級增壓級性能參數(shù)為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的單級增壓級[33]在起飛轉(zhuǎn)速、設(shè)計(jì)巡航轉(zhuǎn)速和最大爬升轉(zhuǎn)速三種轉(zhuǎn)速下進(jìn)行性能對比分析，找出單級增壓級設(shè)計(jì)的不足之處。在計(jì)算過程中，為考慮風(fēng)扇轉(zhuǎn)子及外涵的影響，采用增壓級、風(fēng)扇轉(zhuǎn)子以及風(fēng)扇外涵聯(lián)算的方式模擬內(nèi)部流場。風(fēng)扇/增壓級的子午流道視圖如圖 3.1 所示，由風(fēng)扇轉(zhuǎn)子 RF、外涵 OGV（出口導(dǎo)流葉片）和內(nèi)涵增壓級組成。由于本文研究的渦扇發(fā)動機(jī)的外涵 OGV 葉片由 6 種不同的葉片和導(dǎo)流支板組成，OGV 全環(huán)共可分為 4 個(gè)周期，因而在計(jì)算過程中需將 1/4 個(gè) OGV 帶入模擬計(jì)算（圖3.3）。圖 3.2 為三級增壓級的子午流道視圖，由一排進(jìn)口導(dǎo)流葉片和三排轉(zhuǎn)靜子葉片組成，單級增壓級的葉片模型如圖 3.3 所示，其中紅色部分為本文對比分析的增壓級部分。

為考慮風(fēng)扇轉(zhuǎn)子及外涵的影響，采用增壓級、風(fēng)扇轉(zhuǎn)擬內(nèi)部流場。級的子午流道視圖如圖 3.1 所示，由風(fēng)扇轉(zhuǎn)子 RF、外涵 OGV（組成。由于本文研究的渦扇發(fā)動機(jī)的外涵 OGV 葉片由 6 種不同 全環(huán)共可分為 4 個(gè)周期，因而在計(jì)算過程中需將 1/4 個(gè) OGV 帶三級增壓級的子午流道視圖，由一排進(jìn)口導(dǎo)流葉片和三排轉(zhuǎn)靜子模型如圖 3.3 所示，其中紅色部分為本文對比分析的增壓級部分。（a）單級增壓級 （b）三級增壓圖 3.1 單級和三級增壓級子午流道示意圖

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本文編號：2797132