切向孔隙流動對大折轉(zhuǎn)角壓氣機葉柵氣動性能的影響.pdf

1、現(xiàn)代先進航空發(fā)動機高效、高負荷設(shè)計指標對其主要氣動部件—風(fēng)扇/壓氣機的效率和負荷水平提出了越來越高的要求，而葉片負荷的大幅度增加將使得葉柵流道內(nèi)部橫向壓力梯度和二次流動加強，附面層內(nèi)的低能流體在強逆壓力梯度下勢必造成大尺度非定常流動分離，葉柵氣動損失迅速增加，從而限制了葉片負荷水平的進一步提高，壓氣機失速裕度和效率急劇下降，工作穩(wěn)定性無法得到保證。因此，在深入研究壓氣機/風(fēng)扇葉柵流道、尤其是端部角區(qū)內(nèi)復(fù)雜流場結(jié)構(gòu)和損失產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上，

2、探索降低損失，特別是端部損失的方法和途徑，開發(fā)利用彎曲葉片、孔隙流動等控制附面層流動分離的綜合流動控制技術(shù)是改善壓氣機氣動性能的關(guān)鍵。
　　本論文對采用切向孔隙流動控制技術(shù)的大折轉(zhuǎn)角直、彎擴壓葉柵氣動性能進行了數(shù)值研究，探索孔隙流動控制技術(shù)在降低大折轉(zhuǎn)角擴壓葉柵流動損失的流體動力學(xué)機理。切向孔隙流動控制技術(shù)是指在葉柵吸、壓力面之間設(shè)計合適的切向削渦孔或縫，利用葉柵吸、壓力面壓差產(chǎn)生的射流來增加吸力面分離區(qū)內(nèi)低能流體的動能及湍流度，

3、使得分離區(qū)內(nèi)的流體能夠進一步克服強逆壓力梯度而避免或推遲大尺度分離，從而順利實現(xiàn)整個葉柵流道的擴壓流動。文中首先數(shù)值模擬了不同孔徑、不同軸向及徑向位置的單孔型削渦孔對直葉柵氣動性能的影響，然后開展了具有多孔組合型式的直葉柵氣動性能及流動機理研究，并提出削渦縫的設(shè)計思想，在上述研究基礎(chǔ)上，深入探索了削渦縫流動控制技術(shù)改善直、彎曲擴壓葉柵流動特性的機理。
　　數(shù)值研究結(jié)果表明，單孔型削渦孔的孔徑及其徑向、軸向位置對擴壓葉柵氣動性能有較

4、大影響，存在著最佳孔徑及徑向、軸向位置。當這三個主要設(shè)計參數(shù)處于最佳匹配時，即孔徑D=2～4mm，徑向位置為10％～15%葉高，軸向傾斜角為30°，吸力面處位置為70%軸向弦長時，通流能力最大可增加1.4%，出口總壓損失下降17%，葉柵氣動負荷及擴壓段長度也有所增加，流動分離顯著減弱。采用多孔組合設(shè)計時葉柵流場特性強烈的依賴于孔徑大小，孔徑較小如D=2mm時，不同的多孔組合型式下柵內(nèi)氣動性能改善的程度差別較大，且組合孔的數(shù)目越多葉柵通流

5、能力越強；大孔徑如D=4mm時，任意的組合方式均能有效降低葉柵出口總壓損失，組合孔越多效果越明顯。組合式削渦孔能使葉柵0～15%H葉展葉柵出口擴壓因子小于0.6，有效地改善吸力面/端區(qū)的氣動性能，而25%H～50%H葉展的負荷增加，但是擴壓因子仍然低于0.6，具有與正彎曲葉片類似的端壁效應(yīng)。組合式削渦孔能夠有效地改善吸力面角區(qū)內(nèi)的流動狀況，消除了吸力面/角區(qū)的螺旋點，使得端區(qū)損失進一步降低。同時組合孔附近S1面吸力側(cè)的分離區(qū)基本消除。在

6、將多孔組合方式演化為縫型式后得到了最大幅度的性能提升，如削渦縫徑向?qū)挾葹?mm時葉柵通流能力可以提高1.58%左右，損失降低接近20%，即削渦縫在降低損失以及改善吸力面角區(qū)流動特性方面比多削渦孔組合更為有效。但是，孔/縫的面積太大可能會給葉片強度和氣流的轉(zhuǎn)折能力帶來不利的影響。削渦縫的最佳徑向位置與葉柵吸力面上的流譜（尤其是鞍點和角區(qū)內(nèi)螺旋點的位置）密切相關(guān)，削渦縫最佳徑向位置的選擇應(yīng)該基于既能夠消除角區(qū)內(nèi)的螺旋點，又能夠有效地控制鞍點