针对一种可以极大提高涵道比的新型气驱附加涵道风扇结构开展研究,采用数值模拟手段分析其核心部件叶尖涡轮的能量损失构成和流动特征,初步探究了中弧线的设计规律,为后续发展这种结构奠定理论基础。研究发现:该叶尖涡轮在低稠度下主要能量损失的是叶型损失,占到总损失的70%,其损失量是常规稠度下叶型损失的5倍;叶背处产生的大面积分离涡是其叶型损失的主要来源,载荷前移时,吼道位置随着稠度降低渐渐推出流道是其主要流动特征。基于这一特点,将中弧线最大挠度位置前移能有效地提高叶尖涡轮的效率和能量提取率。

航空发动机二元喷管的型面复杂,在发动机运行过程中受气动力、高温环境等影响,会在一些薄弱环节有一定的强度破坏风险。针对涡扇发动机大幅减重改进后的二元喷管,开展复杂环境载荷条件下的静强度分析,综合考虑高温、气动力、重力以及多方向综合过载。结果表明二元喷管的减重优化设计满足强度要求;发动机气动力影响将大幅提高二元喷管最大应力值;最大应力出现在二元喷管圆转椭圆的加强筋处。相关研究结果可为二元喷管结构设计提供有效参考。

在对涡轮通道进行优化和修正时,需要考虑热载荷和离心载荷的影响,才可获得较优的涡轮气动性能。从实际工程问题出发,采用数值模拟手段,在考虑上述因素影响的基础上,研究高导叶片的流道高度和尾缘气膜冷却劈缝局部修型对涡轮性能的影响规律。结果表明最佳流道应在设计基础上扩张1.6%,可使涡轮效率提高0.25%,高涡功率提升0.6%;而尾缘气膜冷却劈缝的距离会影响压力面载荷分布,从而影响涡轮气动性能,存在最佳的劈缝距离使得涡轮气动效率最优。

针对气驱涵道风扇垂直起降动力系统的核心部件叶尖涡轮开展了数值模拟,掌握了低稠度小偏转角叶尖涡轮(具有高反力度特征)的气动特性和损失构成。研究表明:针对低稠度涡轮物理喉道消失、气流易分离的特点,提出低稠度小偏转角涡轮叶型。此叶型可构建气动喉道,在一定程度上弥补物理喉道消失带来的影响,其流动较常规低稠度涡轮得到了极大的改善,不存在明显流动分离,其效率为84.38%,能量利用率为70.13%,其损失构成和常规涡轮有所不同,叶尖泄漏损失高达54.15%,二次流损失为34.41%,叶型损失为11.44%。