围绕某型涡扇发动机压气机内部噪声环境下转子叶片气固耦合振动失效问题,开展某型涡扇发动机压气机流道内部噪声测量试验,主要研究压气机高压一级转子叶片发生非同步振动(NSV)时压气机流道内部声波传播特征。针对压气机高压一级转子叶片发生NSV时,研究了6个测点位置处噪声信号特征,确定了噪声源位置以及特征频率噪声信号沿压气机周向和轴向位置的传播特性,并应用环形管道声传播基本理论,初步计算了压气机内部特征频率噪声信号的基本物理特性。分析结果表明诱发高压一级转子叶片NSV的声信号应起源于高压一级转子叶片排位置处;该声信号沿轴向位置的传播方式为从高压一级转子叶片排位置向两端传播;周向传播方式为周向阶数为6的声模态与转子旋转方向相反的方向传播;压气机内部声共振是诱发转子叶片NSV的主要原因。研究的内容和结论,...

为了验证多级轴流压气机出口级性能,开展四级重复级低速模拟气动设计,并坚持以二维设计为主,三维数值验证为辅。利用相同的设计系统,建立了高低速压气机之间相似的二维流场和叶表无量速度分布。随后,低速与高速压气机三维数值计算结果对比表明,压升系数特性吻合,流场相似,且叶表无量纲速度由设计点到失速点保持一致的变化趋势,进一步验证了二维设计的可行性;利用相同的系统设计高、低速压气机,有利于形成高速-低速-高速的良性循环,有利于完善基于通流程序的设计体系,积累设计经验。

轴流压气机中上游导叶排与下游转子叶排相互干扰,这一非定常流动诱发了叶片振动.由此,利用有限元法,对所造成的振动应力进行了数值分析.建立了轴流压气机工程设计中求解作用于叶片非定常气动力的近似方法.讨论了叶型几何和静叶数对叶片振动应力的影响.给出由此所造成的叶片动应力分布图,与实验结果基本接近,得到了有益的结论.

为研究不同湍流模型对跨音速轴流压气机内部流场和整体性能的影响,采用了5种湍流模型对额定转速下的NASA Rotor67转子进行三维流场数值模拟,分析不同湍流模型计算所得相对流量与压比、效率之间的关系,以及内部流场马赫数分布情况。与实验结果对比发现,5种湍流模型计算出的整体性能和内部流场马赫数分布中,κ-ω模型相比标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、SST模型和SSG雷诺应力模型预测精度更高。

为充分挖掘串列叶片对压气机扩稳增效的潜能,在对多级轴流压气机末级静子串列改型的基础上,选取不同叶高处前后排叶片相对位置、负载分配、弯掠特征及端壁轮廓等25个参数为设计变量,开展某工业用6.5级轴流压气机末级串列静子叶片与端壁的一体化优化设计研究,并采用随机森林方法对串列叶片几何参数进行特征重要性分析,提炼出串列参数设计指导。结果表明优化后压气机末级在设计工况、近喘工况和近堵工况下的绝热效率分别提升4.81%、3.37%和8.195%;对于末级串列静子,最优串列参数随叶高变化而变化;调整前后叶片的弦长比与弯角比以实现串列叶片负荷前加载、调整叶片后掠与反弯以降低叶片端壁处负荷、设置叶中部分更大的周向交错度使缝隙区流体充分加速,均能有效降低末级串列叶片流动损失;串列叶片缝隙区尺寸,尤其是周向交错度,较其他...

文章对某重型燃气轮机压气机高压九级轴流压气机进行了全转速范围内的试验与数值研究,从总体气动性能看,该压气机的设计达到了预期目标,压气机试验结果与CFD预测结果在全转速范围内基本一致,在高转速靠近喘振点区域CFD预测的压比略高于试验值,但二者喘振边界基本一致。

为了研究压气机相似模化过程中叶顶间隙对性能的影响规律,以某燃机压气机前1.5级为对象,采用数值模拟方法,研究了不同缩尺比例压气机的性能变化规律及机理。结果表明缩尺模化时若保持叶顶间隙尺寸不变,则压气机模型机性能会下降,导致换算的原型机峰值多变效率下降约1.4%~3.38%,压比下降约0.88%~3.17%;叶顶间隙对流场相似性影响主要集中在叶片顶部流道区域,造成该区域流动不满足相似条件。分析流场发现,随着缩尺模化比例增加,叶顶间隙相对泄漏流量增加,叶顶流道内低速区范围扩大,泄漏涡在径向的影响范围和强度也增加,这是导致缩尺模化后流动堵塞程度加重、性能下降的主要原因,增加缩尺模化比例还会加剧叶顶泄漏流对激波的削弱。

作为航空轴流压气机气动设计的核心,通流设计方法经过多年的发展,有力地支撑了压气机气动设计体系。但传统的设计方法和设计工具存在数据结构复杂、可视化设计缺乏、设计操作效率低等问题,加之新一代航空发动机性能需求不断提高,使得压气机通流设计面临新的挑战。先进的航空发动机压缩系统基本采用多级轴流压气机的设计。

轴流压气机的稳定裕度是其设计中必须保证的指标。对流动失稳机理进行回顾和总结有助于更好地理解和设计扩稳措施,对形成具有良好稳定性及抗畸变性能的压气机气动设计起到重要作用。在现代航空发动机设计工作中,各类流动不稳定现象存在于整个发动机的流场。

以某典型压气机级为研究对象,利用三维数值模拟方法系统、定量地研究了壁面粗糙度变化对轴流压气机气动性能的影响,揭示了壁面粗糙导致压气机性能退化的内在机制。结果表明壁面粗糙度增大会降低压气机总压比和等熵效率,且粗糙度越大,性能衰退越快;当壁面粗糙度超过90μm时,压气机的总压比和等熵效率分别下降2.58%和7.15%;近壁区气流的黏性耗散,分离区气流掺混、堵塞的增强,以及激波损失是导致压气机性能退化的主要原因;壁面粗糙度增大将使压气机特性线向流量减小的方向移动,近失速点的特性参数减小得更快,压气机的稳定工况范围有所增大,但通流能力大幅降低;当壁面粗糙度超过150μm时,失速工况提前发生,压气机稳定工作范围迅速减小6.21%。