针对大涵道比发动机低压涡轮设计要求,开展了大、小叶片组合叶栅形式的低压涡轮支板与导向器一体化设计方法研究。以常规参数化方法为基础,建立了大、小叶片设计参数关联关系,提出1种参数化程度高和参数关联性强的大、小叶片组合叶栅参数化叶型设计方法,并用于低压涡轮支板与导向器一体化气动方案设计。结果表明:涡轮支板与导向器一体化气动方案的总压恢复系数为0.981,叶片表面载荷分布合理,流场质量良好,叶栅出口流场参数分布均匀且周期性好。涡轮支板与导向器一体化叶型参数化设计方法具有良好的工程应用价值。

针对双级高压气冷涡轮的低温试验状态模化方法,对以空气为工质、基于不同相似准则数的试验模化状态的流场相似性进行数值仿真。结果表明对于有冷气试验模化方法,采用出口马赫数与设计状态一致的模化方法可获得相似性较好的试验状态流场,此时反力度、载荷系数、马赫数均能保证良好的相似性,主要相似准则数偏差不超过5%;对于无冷气试验模化方法,保持涡轮几何不变并增大膨胀比使得等熵速比与设计状态的一致,或通过改变叶片数保证各排出口马赫数与设计状态的一致,均能显著改善无冷气模化状态与设计状态的流场相似性。其中前者反力度相似性接近98%,而后者载荷系数和马赫数的相似性达到了同样水平,但破坏了模型的几何相似。

利用数值模拟方法,研究了双级涡轮环境下常规凹槽叶尖和吸力面肋条尾缘开缝凹槽叶尖对泄漏损失的影响。基于叶尖端区流动结构,探讨了吸力面肋条尾缘开缝凹槽几何对叶尖泄漏损失的影响及上游凹槽叶尖对下游气动损失的影响机理。结果表明,相比常规凹槽叶尖,吸力面肋条尾缘附近合理的开缝结构不仅能增强刮削涡对泄漏流动的控制作用,而且还能减小叶尖中下游泄漏流与主流的夹角,对涡轮级气动性能的提升更加有利。在双级涡轮环境中,第一级转子凹槽叶尖对第二级涡轮气动性能的作用不可忽视。第一级转子凹槽叶尖通过控制泄漏涡的发展降低下游静子机匣边界层速度梯度,从而减弱了静子机匣通道涡强度,进而减小了第二级静子气动损失。