高負(fù)荷壓氣機靜子葉片優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、在保證高效率和足夠穩(wěn)定工作裕度的前提下提高壓氣機單級負(fù)荷，是航空燃氣渦輪發(fā)動機對高性能壓氣機的要求。靜子造成的失速是限制高負(fù)荷壓氣機工作范圍的重要因素，本文研究主要任務(wù)是通過優(yōu)化設(shè)計的方法設(shè)計與高負(fù)荷壓氣機轉(zhuǎn)子匹配、性能較好的靜子，并總結(jié)相關(guān)設(shè)計規(guī)律。
　　本文采用準(zhǔn)三維方法進行初始靜子葉片設(shè)計，再對初始葉片進行全三維優(yōu)化。首先由 S2通流計算得到靜子葉排進出口氣動參數(shù)和設(shè)計目標(biāo)，然后優(yōu)化設(shè)計得到滿足要求的各個葉高截面 S1流面葉

2、型，并徑向積疊成三維葉片，該葉片作為后面三維優(yōu)化的初始葉片。最后為進一步提升靜子葉片性能，在級環(huán)境下對準(zhǔn)三維方法得到的靜子進行三維優(yōu)化設(shè)計，以得到符合設(shè)計目標(biāo)、性能良好的葉片。S1流面葉型及三維葉片優(yōu)化都基于課題組所開發(fā)優(yōu)化平臺。
　　為保證優(yōu)化效果，對優(yōu)化平臺所用流場計算程序的精度和優(yōu)化平臺的適用范圍進行了檢驗。由 S2流面通流計算給出各葉高截面靜子葉片流場計算初邊值條件及氣動設(shè)計目標(biāo)，在課題組開發(fā)的優(yōu)化平臺上通過優(yōu)化設(shè)計分別得

3、到了滿足S2通流計算的各葉高S1流面葉型，并沿徑向積疊成三維葉片，該葉片作為后文三維優(yōu)化設(shè)計的初始葉片。研究子午面面流道修改、端彎、積疊線彎掠、載荷分布及來流附面層厚度幾個因素對壓氣機靜子葉片內(nèi)二次流動及葉片性能的影響，并以研究結(jié)果為參考，對靜子三維優(yōu)化的設(shè)計參數(shù)進行選擇和設(shè)置?？紤]到前排轉(zhuǎn)子影響，在級環(huán)境下完成靜子葉片的三維優(yōu)化。
　　與商用軟件Numeca及實驗值的比較結(jié)果證明，該優(yōu)化平臺流場計算程序具有良好的精度。在本平臺上

4、進行的亞音葉型和超音葉型優(yōu)化設(shè)計例表明，使用該平臺可以得到滿足設(shè)計目標(biāo)的葉型。由優(yōu)化例結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，葉片尾緣“負(fù)載荷”區(qū)域?qū)θ~片性能改善有益。采用準(zhǔn)三維方法設(shè)計所得初始靜子葉片設(shè)計點的總壓恢復(fù)系數(shù)為0.969，流量基本滿足設(shè)計要求。級環(huán)境下的靜子三維優(yōu)化是一種基于三維流場分析的全三維設(shè)計方法，該方法借數(shù)值最優(yōu)化方法尋找最適合三維流場的葉片幾何特征，適合用于進行設(shè)計變量多、幾何特征復(fù)雜的三維葉片設(shè)計。靜子三維優(yōu)化后，靜子葉片通道內(nèi)分離區(qū)明