非均勻結(jié)構(gòu)壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性分析研究.pdf

1、壓氣機(jī)是航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部件，設(shè)計(jì)人員在壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)過程中一直遵循周向均勻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)習(xí)慣，卻未從氣動(dòng)的角度給予過合理性的解釋。本文跳出這種周向均勻結(jié)構(gòu)的慣性思維，基于非定常流動(dòng)分析，探索周向非均勻結(jié)構(gòu)對壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性的影響。
　　本研究分別對某型兩級低速軸流壓氣機(jī)的第1級和第1級的轉(zhuǎn)子葉排進(jìn)行整環(huán)數(shù)值求解，模擬壓氣機(jī)從穩(wěn)定工況到旋轉(zhuǎn)失速的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程。結(jié)果表明，單級失速先兆為模態(tài)波，這種大尺度擾動(dòng)對應(yīng)周向不均勻分布的

2、靜子葉排附面層分離產(chǎn)生的速度擾動(dòng)，穩(wěn)定發(fā)展的單個(gè)失速團(tuán)傳播頻率與失速試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；孤立轉(zhuǎn)子葉排失速先兆為類似二維尖脈沖的突變式，屬于小尺度擾動(dòng)，旋轉(zhuǎn)失速穩(wěn)定發(fā)展后失速團(tuán)數(shù)目為3個(gè)，傳播頻率高于單級結(jié)果，失速團(tuán)周向占據(jù)的范圍遠(yuǎn)小于單級結(jié)果。針對柵距和安裝角兩種非均勻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析，研究非均勻結(jié)構(gòu)對壓氣機(jī)性能和氣動(dòng)穩(wěn)定性的影響情況。首先，通過定常計(jì)算獲得非均勻結(jié)構(gòu)壓氣機(jī)的特性，然后，通過非定常求解獲得壓氣機(jī)的動(dòng)態(tài)失速過程。計(jì)算結(jié)果表

3、明，兩種非均勻結(jié)構(gòu)都會引起局部若干通道流量再分配，這種效應(yīng)在近失速點(diǎn)越發(fā)顯著。柵距非均勻結(jié)構(gòu)對壓氣機(jī)性能和氣動(dòng)穩(wěn)定性均不利，減小壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍。某一葉片安裝角減小不超過10°，安裝角非均勻結(jié)構(gòu)對壓氣機(jī)性能影響很小，氣動(dòng)穩(wěn)定性有所提高，在方案6中這種非均勻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的固有擾動(dòng)能夠抑制二維尖脈沖擾動(dòng)的周向傳播，當(dāng)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速后失速團(tuán)傳播至安裝角減小的葉片時(shí)失速團(tuán)的范圍和強(qiáng)度都有所減弱，但失速團(tuán)繼續(xù)傳播的行為沒能被抑制；安裝角減小超過10°