粒子分離器是直升機進(jìn)氣防護的重要部件,其利用大曲率的彎曲分叉流道可有效清除吸入空氣中夾雜的大多數(shù)砂塵等異物,但不可避免會增加其氣動損失。幾何固定的粒子分離器只能在氣動性能和分砂性能之間尋取折中。為了提升粒子分離器的綜合性能,本文提出了一種幾何可調(diào)的粒子分離器的設(shè)計方案,并對其開展了仿真研究與初步實驗驗證。首先,詳細(xì)介紹了柔性可變形粒子分離器中鼓包的變形方式,制作出柔性鼓包,并采用紋影方法對其外輪廓型線進(jìn)行標(biāo)定,獲得了充氣壓力和鼓包半徑變形量的關(guān)系曲線。標(biāo)定結(jié)果表明,隨充氣壓力的增加,鼓包可實現(xiàn)連續(xù)變形,且外輪廓型線始終較為光滑,周向變形不均勻程度控制在0.7%以內(nèi),故可以忽略周向變形不均勻的影響。接著,將標(biāo)定出來的鼓包外輪廓應(yīng)用于粒子分離器,并對其開展仿真研究,分析了其在典型狀態(tài)下的流動特性,發(fā)現(xiàn)在喉道下游存在局部逆壓梯度區(qū)間,隨后氣流逐漸加速進(jìn)入到主流道。受支板尾跡形成的馬蹄渦影響,在支板正后方存在局部高總壓區(qū),而在偏離支板對稱面9~°位置形成局部低總壓區(qū),加劇了下游流動的周向畸變。掃氣蝸殼中的流動則較為復(fù)雜,其主導(dǎo)流動為一大尺度的旋渦,氣流呈現(xiàn)出高度螺旋狀。而后,仿真分析了鼓包半徑變形量、分流器軸向位置對粒子分離器總體性能的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)鼓包變形量從0mm增加到7.5mm時,粒子分離器總壓恢復(fù)系數(shù)從0.984下降到0.969;與此同時,分砂效率得到了很大的提升,尤其是AC砂的分離效率從84.17%提高到89.42%,說明調(diào)節(jié)鼓包變形量的方案是有效的。雖然分流器軸向位置的改變會顯著影響粒子分流器的氣動性能,但其對分砂效率影響甚微,因此,調(diào)節(jié)鼓包變形量是最可行的變幾何方案。此外,仿真分析了鼓包壁面材料分別為2024鋁和橡膠對粒子分離器性能的影響,發(fā)現(xiàn)材料物性的改變對內(nèi)流場基本無影響,C砂和AC砂的變化量均在1.87%和0.8%之內(nèi)。然后,設(shè)計了5個不同半徑變形量的金屬件鼓包,并針對帶金屬件鼓包的粒子分離器開展吹風(fēng)實驗,獲得了典型鼓包半徑變形量下粒子分離器的壓力分布特性及氣動性能參數(shù)變化規(guī)律。實驗和仿真結(jié)果吻合良好,驗證了本文調(diào)節(jié)方案的有效性。最后,進(jìn)一步針對帶柔性鼓包的粒子分離器開展吹風(fēng)實驗,發(fā)現(xiàn)在鼓包連續(xù)變形過程中,粒子分離器氣動性能連續(xù)變化,驗證了本文所提出的柔性變形方案的可實施性。因此,通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)柔性鼓包的變形量,可使粒子分離器兼顧各種工作環(huán)境下對氣動性能和分砂性能的需求,從而提高發(fā)動機的工作效率及壽命。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V275.1;V244.1
【部分圖文】：

型面差異較大的兩種粒子分離器的流場分布和分砂效率。如圖 1.2 所示，IPS01 型面變化比烈、彎曲度較大，IPS02 則相對平緩很多。作者對粒徑對 5μm 到 500μm 之間砂塵的運動軌分離效率都做了詳細(xì)的研究，結(jié)果表明，粒徑比較小的砂塵在流道彎曲劇烈的第一種方案分離效率比較高，而粒徑較大的砂塵在流道平緩的第二種方案中的分離效率比較高。另外掃氣比在 16%~22%的范圍內(nèi)，隨著掃氣比的增大，兩種方案中粒子分離器的分砂效率均有程度的提高，但 C 砂的分離效率增大不是很明顯。

圖 1.3 三種不同型面的粒子分離器示意圖[18] 和 Eric Loth[18]研究了掃氣流道入口上游靠近外壁面處他們選取了如圖 1.3 所示的三種不同的幾何模型在實所示。

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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2854201