短尺寸、大曲率中介機(jī)匣的設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是目前航空渦扇發(fā)動機(jī)的主流，中介機(jī)匣是渦扇發(fā)動機(jī)中連接高、低壓壓縮部件的重要過渡通道和主要承力件。通常低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速低、半徑大,而高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速高、半徑小，為適應(yīng)高、低壓壓氣機(jī)之間的流道高度落差，中介機(jī)匣需采用“S”造型。在盡量短的軸向長度內(nèi)使得高、低壓壓氣機(jī)順利過渡，這樣不僅可減輕過渡段和相關(guān)周邊附件的重量，而且還使得高、低壓轉(zhuǎn)子的長度縮短，從而減輕發(fā)動機(jī)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的強(qiáng)度負(fù)荷，發(fā)動機(jī)的可靠性得到了保障?；谀壳皣鴥?nèi)外在中介機(jī)

2、匣氣動設(shè)計(jì)方面缺乏完整設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和成熟工程經(jīng)驗(yàn)，本文對中介機(jī)匣相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，分析對比其流場特征，最終得到中介機(jī)匣設(shè)計(jì)規(guī)律。
　　本文中首先采用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)算例對所應(yīng)用的數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了校驗(yàn)，表明k-w SST湍流模型對大擴(kuò)張流道的研究模擬有一定的準(zhǔn)確性。然后建立了S形中介機(jī)匣子午流道幾何的參數(shù)化描述方式，將子午流道幾何歸結(jié)為內(nèi)外壁拐點(diǎn)軸向位置的函數(shù)，這一方法可以快速對子午流道進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。在此過程中探索了某一尺寸二維中介機(jī)

3、匣設(shè)計(jì)規(guī)律，研究結(jié)果表明：子午流道壓力損失主要來源于輪轂和機(jī)匣端壁附面層造成的沿程壓力損失，并且輪轂壁面損失比機(jī)匣大；流道面積為先擴(kuò)張后收縮的分布可減小流道內(nèi)的逆壓力梯度，進(jìn)而使得性能提高。
　　接著本文對三維帶支板中介機(jī)匣進(jìn)行了研究。對于“0.35-0.65”這一流道而言，增加支板后總壓損失明顯增大，總壓恢復(fù)由99.5％減小到99.1%。其總壓損失來源除了輪轂、機(jī)匣端壁附面層損失外，還有支板所引起的葉型損失和二次流等。此外研究發(fā)

4、現(xiàn)，支板最大厚度位置到支板尾緣這段距離內(nèi)，支板厚度減小和輪轂端壁曲率變化共同作用造成輪轂端壁和支板形成的角區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大逆壓力梯度，進(jìn)而使得此區(qū)域內(nèi)流體出現(xiàn)分離。并且受到徑向從輪轂到機(jī)匣的順壓力梯度的影響，此低能流體逐漸遠(yuǎn)離輪轂端壁，向機(jī)匣方向發(fā)生徑向偏移。在此研究基礎(chǔ)上，本文還對支板安裝位置和后掠角進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，結(jié)果表明：當(dāng)支板前緣距進(jìn)口t為0.1L時(shí)，得到的中介機(jī)匣性能比較好。而t選取為0.15L和0.2L兩個(gè)位置時(shí)，中介機(jī)匣性能有所