【摘 要】
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压气机作为航空发动机的核心部件之一,其性能优劣对整台发动机的性能起着举足轻重的作用。压气机内部包含多种复杂的三维流动现象,一直以来是航空发动机研制的瓶颈技术。压气机的设计若一味追求高效率将带来其与稳定工作范围的矛盾,而高负荷压气机叶片表面气流分离是制约压气机气动性能提升的主要原因之一。为缓解叶片表面附面层分离的现象,本文引入了一种新型的叶片开缝流动控制方法。其原理是从叶片压力面向吸力面开缝,利用压
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压气机作为航空发动机的核心部件之一,其性能优劣对整台发动机的性能起着举足轻重的作用。压气机内部包含多种复杂的三维流动现象,一直以来是航空发动机研制的瓶颈技术。压气机的设计若一味追求高效率将带来其与稳定工作范围的矛盾,而高负荷压气机叶片表面气流分离是制约压气机气动性能提升的主要原因之一。为缓解叶片表面附面层分离的现象,本文引入了一种新型的叶片开缝流动控制方法。其原理是从叶片压力面向吸力面开缝,利用压差形成射流,通过向吸力面附面层内注入能量,从而延缓分离。射流缝结构简单,工程上易于实现,并且具有较为显著流动控制效果,值得深入研究。本文设计了一种渐缩式射流缝结构,并与平行式射流缝结构进行对比。当来流攻角-5°~+15°和马赫数0.3~0.6时,本文对某静子叶栅流场进行了详细的数值研究。结果表明:在小攻角范围,由于叶栅本身流动损失较低,射流流速低于主流流速,两者掺混反而会使总压损失略微提高。在大攻角范围,射流有效降低了叶栅出口总压损失,且渐缩式射流缝结构的流动效果优于平行式射流缝。本文对Stage 35转子叶尖不同位置开缝进行了数值研究。分别设计了开缝位置为激波前(20%弦长)、分离点前(50%弦长)和分离区内(80%弦长)的三种方案。研究发现,分离区内开缝流动控制方案效果最佳,使总压比提升了 2.78%,综合稳定裕度提升了1.38%。最后,本文提出了转/静叶联合开缝的流动控制方案,对转子叶片全叶高范围开缝、静子叶片50%叶高开缝。研究结果显示:射流缝能够对压力面低能流体起到抽吸作用,对吸力面低能流体起到吹除作用,同时能够阻断叶片表面附面层延叶高方向的潜移。转/静叶联合开缝的方案使级总压比提高了 1%,综合稳定裕度扩宽了 2.59%。
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