壓氣機(jī)是航空發(fā)動機(jī)最重要的部件之一,它的性能直接決定了整臺航空發(fā)動機(jī)的性能,如果壓氣機(jī)沒有一個寬廣且穩(wěn)定的工作范圍,發(fā)動機(jī)的安全性將無從可談。目前機(jī)匣開槽作為一種結(jié)構(gòu)簡單的提高壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度的機(jī)匣處理措施,得到了越來越多的關(guān)注。本文利用仿真手段系統(tǒng)地研究了NASA的跨聲速轉(zhuǎn)子Rotor37的失速機(jī)理,分析了周向單槽、周向五槽機(jī)匣處理的擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理,利用正交試驗優(yōu)化設(shè)計的方法,綜合分析了幾個典型參數(shù)對該壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子效率及穩(wěn)定性的影響,確定了最優(yōu)組合,通過補(bǔ)充試驗驗證了試驗結(jié)果,最后運(yùn)用多元回歸分析的方法建立了試驗因素與試驗指標(biāo)之間對應(yīng)的回歸方程。首先,利用CFD仿真手段計算了帶有光壁機(jī)匣的轉(zhuǎn)子在設(shè)計工況下的工作狀態(tài),將光壁機(jī)匣的仿真結(jié)果與NASA的實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行對比,對仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證,對比分析了四個背壓狀態(tài)下的仿真結(jié)果,對帶有光壁機(jī)匣的轉(zhuǎn)子的失速原因進(jìn)行了綜合分析,為后續(xù)機(jī)匣開槽模型的設(shè)計提供指導(dǎo)。其次,利用建模軟件建立了帶有周向單槽和周向五槽的機(jī)匣模型,對比分析了不同背壓狀態(tài)下帶有周向槽機(jī)匣的轉(zhuǎn)子的失速原因及擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理,為后續(xù)正交試驗參數(shù)選取提供依據(jù)。研究結(jié)果表明:隨著背壓的升高,葉... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

國產(chǎn)飛機(jī)ARJ21、C919、C929及對應(yīng)的發(fā)動機(jī)模型

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文2目前壓氣機(jī)的增壓性能和效率已經(jīng)得到了很大提升，在此基礎(chǔ)上，壓氣機(jī)的穩(wěn)定性問題受到越來越多研究者的關(guān)注，無論是在民航領(lǐng)域還是在軍航領(lǐng)域，航空發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性都是至關(guān)重要的。飛機(jī)在運(yùn)行過程中很多情況下都會使發(fā)動機(jī)處于非設(shè)計工況，需要發(fā)動機(jī)具有較好的適應(yīng)變工況工作的能力。圖1-2為壓氣機(jī)的特性曲線，壓氣機(jī)的工作線和失速邊界線之間的便是失速裕度，當(dāng)飛機(jī)在非設(shè)計工況下工作時，壓氣機(jī)很容易越過失速邊界線進(jìn)入失速或者喘振狀態(tài)，進(jìn)而引起壓氣機(jī)性能下降甚至空中停車。一款航空發(fā)動機(jī)一般都會預(yù)留20%-30%的工作裕度來保證發(fā)動機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，穩(wěn)定裕度越大，壓氣機(jī)失速的可能性就會降低。因此，在保證壓氣機(jī)的增壓性能和高效率的前提下，提高壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作裕度是提高飛機(jī)穩(wěn)定性及可靠性的有效手段。圖1-2壓氣機(jī)特性線示意圖目前，隨著民航飛機(jī)的更新?lián)Q代，對航空發(fā)動機(jī)提出了更為嚴(yán)苛的要求，它逐漸朝著高轉(zhuǎn)速、高壓比和高推重比的方向發(fā)展，在此種嚴(yán)苛的工況下，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖間隙復(fù)雜的流動對壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度及效率的影響變得更為復(fù)雜。在對壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，目前主要存在以下兩種方法提升壓氣機(jī)穩(wěn)定裕度，主動與被動兩種控制方法。其中，主動控制技術(shù)包括進(jìn)口可調(diào)葉片、轉(zhuǎn)子葉尖放氣、中間級放氣、動葉背壓面附面層抽氣等，被動控制技術(shù)包括機(jī)匣處理、葉型重新設(shè)計、葉片結(jié)構(gòu)調(diào)整等方法。然而由于失速先兆檢測困難及控制結(jié)構(gòu)自身的問題，主動控制技術(shù)基本上還處于探索階段。二十世紀(jì)六七十年代，美國劉易斯研究中心在對壓氣機(jī)葉尖部吹氣和放氣的試驗研究中發(fā)現(xiàn)，通過在壓氣機(jī)的機(jī)匣表面上設(shè)計出特定的構(gòu)型可以明顯地影響葉尖間隙流體的流動特性，對于改善壓氣機(jī)的穩(wěn)定性有積極作用，

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文3裕度、避免葉尖旋轉(zhuǎn)失速、延遲發(fā)動機(jī)喘振具有良好的效果[3,4]。機(jī)匣處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠通過使用較低的成本對機(jī)匣結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的改造及調(diào)整，獲得較好的擴(kuò)穩(wěn)效果。經(jīng)過多年的試驗研究，機(jī)匣處理在許多航空發(fā)動機(jī)中都得到了應(yīng)用，如蘇27用的AL-31F發(fā)動機(jī)，米格29用的RD-33發(fā)動機(jī)及國產(chǎn)的WP-7甲，WP-13等。圖1-3機(jī)匣處理歷經(jīng)多年的發(fā)展，出現(xiàn)了以下幾種機(jī)匣處理形式，其中包括周向槽式，軸向縫式，多孔壁，蜂窩狀及自循環(huán)式機(jī)匣處理，如圖1-4所示。(a)周向槽(b)軸向縫(c)多孔壁(d)蜂窩狀(e)自循環(huán)圖1-4機(jī)匣處理的不同形式目前，國內(nèi)外學(xué)者對壓氣機(jī)機(jī)匣處理技術(shù)的研究主要集中三個領(lǐng)域，周向槽機(jī)匣處理，軸向縫機(jī)匣處理和自循環(huán)式機(jī)匣處理。歷經(jīng)多年的研究發(fā)現(xiàn)，槽式機(jī)匣處理形式能夠獲得10%以下的穩(wěn)定裕度的提升量，卻帶來1%以下效率的降低；縫式機(jī)匣處理的擴(kuò)穩(wěn)效果較為明顯，能夠獲得20%以上的穩(wěn)定裕度的提升，但導(dǎo)致5%左右的壓氣機(jī)效率損失；與前兩者相比，自循環(huán)式機(jī)匣處理僅能夠獲得5%以下的穩(wěn)定裕度的提升，但壓氣機(jī)效率提升了1%左右[5-9]。總體看來，由于周向槽機(jī)匣處理較為簡單的結(jié)構(gòu)、易于加工、具有較好的穩(wěn)定性提升作用及其對壓氣機(jī)效率影響較小的原因，對周向槽機(jī)匣處理

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3570302