【摘 要】
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航空发动机的失稳问题一直是叶轮机气动热力学领域的研究热点。如何保证压气机处在较高的级压比和载荷下运行时依然具有较大的稳定工作裕度,对于提高航空发动机的整体性能十分重要。有研究表明:转子叶尖前缘的溢出流与转子的失速有很重要的联系,本文基于此对压气机转子叶型进行改进,达到扩大喘振裕度的目的,提高转子的抗畸变能力。本文通过数值模拟的方法,研究转子叶型改进对于压气机性能的影响。本研究主要采用叶尖前掠、相间
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（编号 51976116）； 上海市自然科学基金项目（编号 19ZR1425900）； 国家留学基金委；
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航空发动机的失稳问题一直是叶轮机气动热力学领域的研究热点。如何保证压气机处在较高的级压比和载荷下运行时依然具有较大的稳定工作裕度,对于提高航空发动机的整体性能十分重要。有研究表明:转子叶尖前缘的溢出流与转子的失速有很重要的联系,本文基于此对压气机转子叶型进行改进,达到扩大喘振裕度的目的,提高转子的抗畸变能力。本文通过数值模拟的方法,研究转子叶型改进对于压气机性能的影响。本研究主要采用叶尖前掠、相间掠型以及混合前掠三种方法对基础叶型（NASA Rotor 37）进行改进,通过数值计算求解雷诺平均N-S方程,得到新叶型的性能数据,分析叶型改进后的流动特征。同时,本文研究了发动机短舱在侧风条件下的进气畸变情况,作为模拟新叶型抗畸变能力的输入数据参考。根据数值计算结果,在所研究的参数范围内,相间后掠0.002m的叶型的喘振裕度最大,达到了11.54%;而相间前掠0.002m叶型以及叶尖100%叶高处前掠12%弦长、99.5%叶高处前掠4%弦长叶型的喘振裕度也超过了8%;基础叶型喘振裕度只有4.26%。其中,相间掠型的叶型由于叶片轴向位置不同步,使得相邻通道内流场发展也不一致,延缓了旋转失速的产生。随着叶尖间隙的增大,流动损失也在增加,喘振裕度也在减小。三倍设计间隙时,相间后掠0.002m叶型峰值效率下降2.13%,喘振裕度减少7.61%。针对侧风畸变研究,发动机短舱在侧风135度条件下进气道畸变比45度条件下更严重,尤其是发动机短舱和地面之间通道流过的气体加强了地面效应,导致进气畸变更强烈。经过改进之后的新叶型具备较好的抗畸变能力。
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