以某三级跨音速轴流压气机为研究对象,采用三维数值模拟计算方法对其在设计转速下进行了数值模拟,得到了压气机的特性曲线及总体性能。通过改变出口静压,得到了其在设计转速下的近设计点、近最高效率点、近失速点、近堵塞点并分析了压气机在典型工况下的内部流动特性。研究分析表明:近设计点、近最高效率点的流动情况较好,但效率较低。动叶前缘与叶片流道内的激波、转静子吸力面尾缘处的低能团、叶顶间隙的泄露流引发压气机的气动性能降低,进而造成压气机效率较低、流动损失加大。

斜流压气机具有单级高压比、大流量和高效率的优点。基于此设计一台用于微型涡喷发动机的转速为40000 r/min、压比为3.5、设计流量为3.2 kg/s的单级斜流压气机。为研究该压气机的流动机制与稳定工作范围,分别分析90%、100%和110%转速下的工况,着重分析了100%转速下的近失速点、近堵塞点以及非设计转速下最高效率点的流场。结果表明:设计点仿真压比为3.662、流量为3.324 kg/s、等熵效率为87.61%,与设计指标相符合,说明该斜流压气机的设计可靠;导致压气机失稳的主要因素是叶片压力面、吸力面的激波损失,以及吸力面尾缘处的低能流体。

为了扩大离心压气机的稳定工作范围,针对一款微型涡喷发动机压气机的离心叶轮,通过数值模拟的方式,研究不同开合角度的进口导向叶片对离心叶轮的性能影响。通过对比不同角度下内部的流动状况,进口导向叶片的角度对叶轮性能有显著影响。与原设计相比,在20°导叶的情况下,内部流动状况得到了改善,喘振裕度和最高效率都有提升。证明通过调节进口导向叶片角度来扩大压气机稳定工作范围是可行的。