本文關(guān)鍵詞：跨聲速壓氣機(jī)動(dòng)葉三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 跨聲速壓氣機(jī) 動(dòng)葉 氣動(dòng)設(shè)計(jì) 平面葉柵 葉型優(yōu)化

【摘要】：燃?xì)廨啓C(jī)作為一種先進(jìn)而復(fù)雜的高新技術(shù)密集型產(chǎn)品,代表了多理論學(xué)科和多工程領(lǐng)域發(fā)展的綜合水平。集新技術(shù)、新材料、新工藝于一身的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè),是國(guó)家高技術(shù)水平和科技實(shí)力的重要標(biāo)志之一,具有十分突出的戰(zhàn)略地位。壓氣機(jī)作為燃?xì)廨啓C(jī)的三大核心部件之一,其性能優(yōu)劣對(duì)整機(jī)性能影響巨大,世界各國(guó)都把對(duì)壓氣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能的重要途徑。提高壓氣機(jī)的單級(jí)負(fù)荷,增加動(dòng)葉圓周速度,能減少壓氣機(jī)級(jí)數(shù)、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)軸向尺寸和減輕重量。所以,研制高負(fù)荷跨聲速壓氣機(jī)已成為壓氣機(jī)的發(fā)展方向。然而,追求更高的級(jí)壓比往往與壓氣機(jī)的高效率和高穩(wěn)定工作裕度之間存在矛盾,高負(fù)荷、低展弦比的發(fā)展趨勢(shì)使得壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)三維效應(yīng)增強(qiáng),流動(dòng)損失增加。因此,認(rèn)識(shí)跨聲速壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)情況,分析其損失來(lái)源及影響跨聲速壓氣機(jī)穩(wěn)定工作裕度的關(guān)鍵因素,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精心的優(yōu)化設(shè)計(jì),才能得到性能優(yōu)越的高負(fù)荷跨聲速壓氣機(jī)。本文以單級(jí)跨聲速壓氣機(jī)動(dòng)葉為研究對(duì)象,研究其內(nèi)部流場(chǎng)參數(shù)在不同工況時(shí)的變化情況,分析其損失來(lái)源及影響壓氣機(jī)穩(wěn)定工作裕度的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明,該跨聲速壓氣機(jī)動(dòng)葉在根部、中間葉高及頂部附近都存在效率較低的區(qū)域。近失速工況時(shí),葉頂間隙泄漏渦與激波/附面層相互作用導(dǎo)致葉頂間隙泄漏渦的破裂,低能流體在此處聚集并阻塞流道,是導(dǎo)致壓氣機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工況的主要原因。為了提高該跨聲速壓氣機(jī)的壓比、效率及穩(wěn)定工作范圍。在保證流量不變的情況下,采用遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。選取動(dòng)葉根部、5%葉高、50%葉高、95%葉高及頂部截面葉型進(jìn)行葉片參數(shù)化造型,不改變壓氣機(jī)輪轂、機(jī)匣型線及葉型的積疊方式,僅改變動(dòng)葉葉型安裝角、前尾緣楔角及吸力面控制點(diǎn)參數(shù),采用拉丁超立方樣本選取方法得到樣本數(shù)據(jù)庫(kù),設(shè)定優(yōu)化目標(biāo),通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自主學(xué)習(xí)訓(xùn)練,最終得到性能較好的優(yōu)化葉型OPT1和OPT2。結(jié)果表明,OPT1與原型相比,效率提高0.91%,壓比提高0.52%;OPT2與原型相比,效率提高0.80%,壓比提高1.04%。對(duì)比原型與優(yōu)化葉型及其內(nèi)部詳細(xì)流場(chǎng)發(fā)現(xiàn),減小50%葉高葉型安裝角,同時(shí)增大95%葉高葉型安裝角,增大葉片扭轉(zhuǎn)程度,能改變激波在葉片頂部的位置,使激波向葉片尾緣方向移動(dòng)。延后激波/附面層與葉頂間隙泄漏流的作用位置。結(jié)合調(diào)整吸力面型線及前尾緣楔角,能有效控制壓氣機(jī)動(dòng)葉表面載荷分布,進(jìn)而提高轉(zhuǎn)子的壓比和效率。然后,本文抽取了原型及優(yōu)化葉型OPT1的5%葉高、50%葉高及95%葉高截面葉型,在來(lái)流馬赫數(shù)為0.5～0.9范圍內(nèi)進(jìn)行了平面葉柵實(shí)驗(yàn),分析葉型變化對(duì)流場(chǎng)參數(shù)的影響規(guī)律,研究原型與優(yōu)化葉型不同葉高截面葉型的沖角特性。結(jié)果表明,5%葉高時(shí),優(yōu)化葉型的最小損失沖角向負(fù)沖角方向移動(dòng),并且優(yōu)化葉型對(duì)葉片角區(qū)分離的控制要優(yōu)于原型;50%葉高時(shí),二者的沖角損失特性較為相似,但優(yōu)化葉型的穩(wěn)定沖角范圍要高于原型;95%葉高時(shí),優(yōu)化葉型的最小損失沖角向正沖角方向移動(dòng),穩(wěn)定沖角范圍增大,但對(duì)角區(qū)分離的控制要弱于原型。在所研究的馬赫數(shù)范圍內(nèi),優(yōu)化葉型最小總壓損失系數(shù)要小于原型。最后,為了將平面葉柵研究結(jié)果應(yīng)用于動(dòng)葉的三維葉型設(shè)計(jì),將平面葉柵實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果與三維動(dòng)葉數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,探討了不同轉(zhuǎn)速下動(dòng)葉三維造型對(duì)葉柵性能的影響。在0.6倍設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速時(shí),平面葉柵與三維動(dòng)葉的5%葉高與50%葉高的總壓損失系數(shù)、出口氣流角及葉片表面靜壓結(jié)果基本一致,95%葉高時(shí)受葉頂間隙泄漏流的影響,三維動(dòng)葉的總壓損失增加,泄漏流與葉片表面附面層作用使得吸力面葉片表面靜壓升高。在對(duì)比出口馬赫數(shù)時(shí),三維動(dòng)葉的出口馬赫數(shù)均高于平面葉柵,表明三維造型能減少氣流的動(dòng)能損失。1.0倍設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速時(shí),動(dòng)葉三維造型對(duì)葉柵性能影響較大,對(duì)總壓損失、出口馬赫數(shù)、出口氣流角的分布規(guī)律的影響與0.6倍設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速時(shí)類(lèi)似。在5%葉高時(shí),三維動(dòng)葉與平面葉柵流場(chǎng)參數(shù)的差別主要是由離心力和流道收縮引起的,離心力的存在能減弱流道收縮時(shí)產(chǎn)生的逆向壓力梯度,削弱激波強(qiáng)度,變激波為壓縮波,導(dǎo)致三維動(dòng)葉根部損失小于平面葉柵。50%葉高時(shí),二者流道收縮程度基本一致,主要差別為離心力,離心力、激波與附面層相互作用在30%葉高以上形成了徑向分離渦并向葉頂方向逐漸擴(kuò)大,徑向分離渦的存在會(huì)使吸力面流體速度降低,靜壓升高,導(dǎo)致此處動(dòng)葉葉片表面靜壓高于平面葉柵。95%葉高時(shí),流動(dòng)情況最為復(fù)雜,三維動(dòng)葉受間隙泄漏流、流道收縮及離心力的共同作用,使得三維動(dòng)葉的總壓損失系數(shù)遠(yuǎn)高于平面葉柵,流動(dòng)損失嚴(yán)重,但對(duì)前50%弦長(zhǎng)的葉片表面靜壓分布規(guī)律影響不大。
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：U664.131

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 梁春華;國(guó)外風(fēng)扇/壓氣機(jī)掠形葉片技術(shù)的發(fā)展[J];航空發(fā)動(dòng)機(jī);2000年04期

2 劉波,王強(qiáng);不同分流比下風(fēng)扇/壓氣機(jī)組合體性能預(yù)估研究[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2001年03期

3 王華青,陳矛章;高負(fù)荷高通流跨音壓氣機(jī)的研制和應(yīng)用[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2003年02期

4 陳懋章;劉寶杰;;中國(guó)壓氣機(jī)基礎(chǔ)研究及工程研制的一些進(jìn)展[J];航空發(fā)動(dòng)機(jī);2007年01期

5 汪偉;何立明;于錦祿;;壓氣機(jī)虛擬試驗(yàn)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年03期

6 劉濱春;;壓氣機(jī)級(jí)間引氣對(duì)壓氣機(jī)性能影響的研究[J];中國(guó)科技信息;2008年16期

7 劉波;陳云永;項(xiàng)效昒;侯為民;;對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[J];推進(jìn)技術(shù);2008年04期

8 陶立權(quán);孫鵬;楊坤;;風(fēng)扇/壓氣機(jī)進(jìn)口畸變問(wèn)題數(shù)值研究進(jìn)展[J];中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào);2010年02期

9 陳云永;劉波;謝彥文;;對(duì)轉(zhuǎn)壓氣機(jī)特性影響因素分析研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2010年07期

10 李冬;李本威;楊欣毅;鄧斌;;壓氣機(jī)性能衰退和清洗恢復(fù)仿真研究[J];計(jì)算機(jī)仿真;2010年09期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 浦鵬;孫濤;李冬;;壓氣機(jī)性能影響因素研究[A];中國(guó)航空學(xué)會(huì)第七屆動(dòng)力年會(huì)論文摘要集[C];2010年

2 沈騰;;無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在壓氣機(jī)測(cè)試中的應(yīng)用研究[A];大型飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)高層論壇暨中國(guó)航空學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

3 李建君;顧春偉;;壓氣機(jī)1．5跨音級(jí)內(nèi)部流動(dòng)分析[A];中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)透平專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2007年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

4 張健新;武卉;高飛龍;;某壓氣機(jī)試驗(yàn)器旁路退喘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[A];第十五屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)第13分會(huì)場(chǎng)：航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2013年

5 朱理;;三次樣條插值函數(shù)算法在壓氣機(jī)性能試驗(yàn)中的應(yīng)用[A];中國(guó)航空學(xué)會(huì)第七屆動(dòng)力年會(huì)論文摘要集[C];2010年

6 朱理;;三次樣條插值函數(shù)算法在壓氣機(jī)性能試驗(yàn)中的應(yīng)用[A];2010航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

7 郭明;周盛;吳介之;;基于局部動(dòng)力學(xué)的內(nèi)流(風(fēng)扇/壓氣機(jī))氣動(dòng)診斷方法初探[A];2003空氣動(dòng)力學(xué)前沿研究論文集[C];2003年

8 趙連會(huì);何磊;徐強(qiáng);崔耀欣;虎煜;;某型多級(jí)軸流壓氣機(jī)三維CFD流場(chǎng)分析及氣動(dòng)優(yōu)化[A];中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)透平專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2011年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

9 符嬈;雷勇;;基于HHT的壓氣機(jī)氣動(dòng)失穩(wěn)檢測(cè)技術(shù)研究[A];2010航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

10 孫明霞;梁春華;;提高軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定性的技術(shù)措施[A];中國(guó)航空學(xué)會(huì)第七屆動(dòng)力年會(huì)論文摘要集[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 高山　張若萌;激揚(yáng)動(dòng)力[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2011年

2 中航工業(yè)燃?xì)鉁u輪研究院 曹志鵬;未來(lái)高負(fù)荷風(fēng)扇/壓氣機(jī)局部流動(dòng)控制技術(shù)[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2012年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馬寧;高速壓氣機(jī)低速�；嗨茰�(zhǔn)則及軸向縫機(jī)匣處理流動(dòng)機(jī)理研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所);2016年

2 高宇;跨聲速壓氣機(jī)動(dòng)葉三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];大連海事大學(xué);2017年

3 高坤華;基于混沌理論的壓氣機(jī)失速預(yù)測(cè)及分析[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

4 趙勇;風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算和進(jìn)氣畸變影響預(yù)測(cè)方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

5 羌曉青;低反動(dòng)度附面層抽吸式壓氣機(jī)流動(dòng)控制及設(shè)計(jì)方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

6 高海洋;畸變條件下端區(qū)流動(dòng)對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性影響的機(jī)理研究[D];大連海事大學(xué);2014年

7 羅鉅;高性能風(fēng)扇/壓氣機(jī)三維葉片氣動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

8 張環(huán);旋轉(zhuǎn)總壓畸變對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性影響的研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

9 龍艷麗;高負(fù)荷氦氣壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)及性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

10 李亮;葉尖射流對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性影響研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 安鑫;跨音壓氣機(jī)邊界層抽吸控制方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所);2015年

2 管健;旋轉(zhuǎn)沖壓壓縮轉(zhuǎn)子試驗(yàn)系統(tǒng)氣動(dòng)性能數(shù)值研究[D];大連海事大學(xué);2015年

3 梁齊文;燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)改型設(shè)計(jì)方法研究[D];上海交通大學(xué);2015年

4 阮國(guó)輝;跨聲速低反力度壓氣機(jī)動(dòng)葉性能優(yōu)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 劉斌;亞聲速重復(fù)級(jí)壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D];大連海事大學(xué);2015年

6 桑晶晶;船用廢氣渦輪增壓器壓氣機(jī)流場(chǎng)及氣動(dòng)噪聲數(shù)值仿真研究[D];江蘇科技大學(xué);2015年

7 胡勇;空氣渦輪火箭組合發(fā)動(dòng)機(jī)總體方案研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

8 楊曉琴;離心壓氣機(jī)減緩喘振及降噪效果的研究[D];中北大學(xué);2016年

9 郭靜文;1.5級(jí)軸流跨音壓氣機(jī)氣動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算研究[D];清華大學(xué);2015年

10 馮福金;組合式壓氣機(jī)通流特性預(yù)測(cè)程序設(shè)計(jì)[D];北京理工大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：1298813