轴流压气机一维特性计算方法简介及展望

一维特性计算作为压气机设计体系的关键环节，在压气机的初始设计阶段发挥了重要作用。作为一种高度经验化的工程近似计算方法，一维性能计算需要大量实验数据的支撑。从实验数据中总结得到的经验关联式的质量，是决定一维计算成功与否的关键。在充分调研欧美以级叠加方法和平均线方法为主的一维性能分析方法的基础上，回顾了轴流压气机一维特性计算方法的起源，讨论了其发展趋势与研究现状。对一维特性计算方法的基本原理及其所使用的经典经验关联式进行了整理总结，指明了压气机一维性能分析未来进一步发展的方向。     

雷诺数对轴流风扇/压气机性能和稳定性的影响

介绍了一种预估轴流风扇／压气机特性和不稳定边界的方法。该方法采用考虑雷诺数影响的“基元叶栅法”计算轴流风扇／压气机特性，并利用C．C．Koch提出的“有效静压升系数法”预估轴流风扇／压气机的不稳定边界。为了验证方法的可行性，本文模拟了从地面到20 000m高空的雷诺数变化，对一个五级高压压气机在不同雷诺数下的特性及稳定性进行了计算分析。计算结果表明，轴流压气机的特性和稳定性都随雷诺数的降低而下降。     

轴流压气机过失速行为的数值模拟

基于轴流压气机级特性，建立了带燃烧室的多级轴流压气机过失速的一维逐级分析模型，发展了分析轴流压气机过失速响应的动态滞后方法，确定了压气机过失速响应的纺一时间常数。并将该模拟技术应用到某压气机中，通过调节敛喷嘴面积和燃烧室燃油流量等措施来诱导压气机失速。压气机旋转失速后，压气机流量下降，增压能力降低，燃烧室温度升高，可以通过调节燃油流量等措施来使压缩系统恢复正常工作。     

第三类边界条件下管内对流换热实验方法研究

典型的管内对流换热实验均在第一、第二类边界条件下进行。本文研究了第三类边界条件下，实验装置的设计、实验数据的计算整理方法并给出了实验实例。本实验装置简单，实验参数易测并且实验关联式更易于工程应用。     

超临界压力正十烷对流传热实验及计算研究

针对主动冷却超燃冲压发动机的实际工作条件,利用电加热管设备开展了超临界压力正十烷流动和传热特性实验,目的在于获得适用于发动机传热设计的燃料对流传热关联式。管子材料为不锈钢、内径1.5 mm、外径3.0mm、长度1300mm。采用K型热电偶测量管壁沿程外壁温。实验中正十烷压力约4.0~4.3MPa,温度约335~870K,流量分别为0.93、1.24和1.86g/s。正十烷的流动经历了层流、过渡和湍流3种流态。采用最小二乘法拟合实验数据,获得了正十烷在3种流态下的传热关联式。通过外壁温计算值与实验值的对比,验证了本文给出的传热关联式的适用性。     

多级轴流压气机的可压缩失速模型

发展了一个用于分析多级轴流压气机动态失速特性的多“激盘”可压缩模型。该模型采用二维非定常的可压缩Ｅｕｌｅｒ方程描述压气机上、下游管道以及各叶排之间轴向间隙内的流动，而采用“激盘”分别取代压气机的各个叶片排。利用该模型重点分析了多级轴流压气机中二维小尺度旋转失速的起始特性以及动－静叶之间的相互影响。所得结果表明，该模型可有效地用于此类问题的分析。同时还对一台五级高速轴流压气机的失速特性进行了详细分析，有关计算和实验结果的比较表明，该模型及其计算结果是可靠的     

超燃燃烧室一维流场分析模型的研究

对公开发表的用于超声速燃烧流场分析的几种一维模型进行了研究,指出了其中存在的问题。研究结果表明:基于实验静压数据的一维模型,若不借助必要的流场测量数据或分析结果,或借助于经验性的处理方法,单靠一维假设,无法获得较为完整的一维流场分析结果。改进后的一维模型降低了数据处理过程中的不确定性,提高了对一般情况的适应能力。用编制的计算程序SSC-2对两组典型的超燃燃烧室壁面静压实验数据进行了演算,取得了燃烧室出口总压恢复系数的计算值与测量值基本一致的好结果。     

用双激波模型计算风扇/压气机非设计点的性能

根据现代高速风扇/压气机内激波波系的真实结构,将适用于预测高速叶型激波损失的双激波模型引入基于基元叶片特性的流线曲率法程序,发展了一种用于预估高速风扇/压气机非设计点性能的方法。该双激波模型考虑了来流马赫数和攻角变化,较真实地反映了高马赫数风扇/压气机的实际工作状况,扩展预测风扇/压气机非设计点性能的能力。利用该模型,本文分别对一台叶尖马赫数达到1.4的大涵道比风扇和一台叶尖马赫数高达1.5的三级风扇的非设计点性能进行了计算,计算结果与试验结果保持了较高的吻合性。     

高超声速飞行器的气动力工程计算

为满足高超声速飞行器在概念设计和优化设计中对气动力快速计算的需求,基于C/C++研究和开发了高超声速飞行器的气动力快速计算程序。使用该程序对HL-20升力体和双椭球模型的气动力特性进行计算,将计算结果与风洞实验数据进行对比分析。结果表明,计算结果与风洞实验数据吻合良好,该程序能够准确计算高超声速飞行器的升阻特性。通过修改工程计算方法,对比计算数据,验证本文使用的计算方法的精度,同时也体现了该程序可以灵活选择适合的计算方法的特性。此外,该程序不仅可以自由的更换计算方法,还能够作为C++的库文件链接成为优化程序的一部分,实现高超声速飞行器的概念设计和优化设计。     

叶片稠度对压气机最大有效静压升影响的数值模拟

为研究叶片稠度对压气机最大有效静压升的影响,针对某单级低速压气机,通过改变转静子叶片数,构建了不同叶片稠度的压气机模型,采用三维数值模拟的方法,获得了不同稠度情况下的压气机特性。计算结果表明,静子叶片数的增加能够抑制附面层分离,拓宽压气机稳定工作范围,压气机近失速点的压比增大,压气机的最大压升能力增强,其最大有效静压升增大;转子叶片数的增加能够抑制气流分离,减小流动损失,从而使得近失速工况下压气机效率和压比增大,压气机近失速点压升能力增强,其最大有效静压升增大。通过对叶片数不同时各压气机的最大有效静压升系数与Koch最大有效静压升预测曲线的对比,从数值模拟的角度验证了以最大有效静压升作为压气机稳定性判据的有效性。     

某型涡扇发动机实时建模技术研究

通过对各部件特性的研究,提出一种简化部件计算过程的方法,该方法的最大特点是在某些部件的计算中使用很多通过试车数据所发掘的经验公式,用以代替那些繁琐的热力学计算,并合理选取初猜值,使模型能更快收敛,从而减少运算时间,提高模型的实时性。通过对比常规建模方法所建模型,可看出该模型具有实时性、稳定性好的优点。     

关于压气机喘振判据可应用性的数字实验

在理论上可以用压气机喘振判据(B冬数)来判断当压气机工作点移到失速边界时,压缩系统响应的形式——喘振或旋转失速、但在实践中,由于压气机特性曲线的形状不同,压缩系统的几何参数不同,以及压气机对非定常流的动态响应时间常数不同,使得用B参数成为一个非常复杂的问题、本文通过较多的数字实验表明,在实际问题中,应用临界B值作为喘振/旋转失速的判据,在一定范围内是可行的,但对所有压气机在各种不同场合下都适用的通用的临界B值是不可能存在的、文中并提出了为准确应用B参数所应进一步进行的理论工作和实验工作。     

King公式法热线探头校正方法及计算程序

本文提供了一种直接用 King 公式来表示恒温式热线风速仪探头的校正结果的方法及计算程序。该法能较准确地反映探头的特性,并为计算机处理数据提供方便。     

轴向间距对压气机稳定性的影响

对低速轴流压气机五个轴向间距下的压气机特性进行了试验.通过试验分析了轴向间距对压气机失速点流量,以及对压气机工作于多团旋转失速流量范围的影响,论证了静子在轴流压气机中具有抑制扰动波发展以及增强气动稳定性的作用.实验结果表明,随着转静子之间轴向间距的减小,静子的增稳作用增强,压气机的失速流量减小.     

一种复合材料柔性梁的响应计算方法

建立了一种复合材料柔性梁的响应计算方法,将三雏非线性梁分析解耦为二维线性剖面分析和一维非线性梁分析两部分.引入Danielson-Hodges广义应变定义,采用中等变形梁理论,考虑横向剪切和三维翘曲的影响,对梁结构进行了有限元分析.通过与Princeton梁实验数据、Minguet实验数据和大变形梁理论计算结果的对比,验证了本文计算方法的正确性和适用范围.     

煤粉锅炉钝体燃烧器的数值计算

本文给出煤粉锅炉钝体燃烧器中回流流动的数值计算结果。为了简化,把直流式煤粉燃烧器中一次风看作为二元紊流自由射流。在研究楔形物体后回流流动中,本文还提出一种处理楔形物体斜壁面的方法。在本计算中,采用控制容积法离散二元椭圆型微分方程,紊流动能k和紊流动能消耗率ε的紊流模型。为了验证计算方法的合理性,本文还用热线风速仪和荧光丝法测定回流区长度,把所得的实验数据与计算值加以比较,结果是满意的。     

鸟撞受损叶片压气机气动性能仿真

基于研究鸟撞现象对压气机气动性能影响的目的，进行单级压气机的气动设计，分析了主要设计参数，并以此为基础，以原型转子叶片为模型进行鸟撞模拟，建立鸟撞损伤叶片模型。在周向上改变损伤叶片的数量生成不同的计算模型，进行全环的数值模拟，考察不同受损叶片数目对压气机气动性能的影响，分析流场细节，总结受损转子气动特性的变化规律。计算结果表明：受损叶片数量分别为1、2、3的压气机转子在设计转速下，气动性能和稳定性都有明显的下降，主要表现为最大效率工况的效率分别减小了1.37%、2.55%、3.57%，压比分别减小了0.19%、0.29%、0.40%，稳定工作的流量范围减小，稳定裕度分别相对减小了14.33%、25.69%、31.97%。     

乙烯燃烧简化化学动力学模型及其验证

采用"准稳态"方法,从乙烯燃烧的详细化学反应动力学模型出发,建立了包含20个组分和16步总包反应的简化化学动力学模型.为检验动力学模型的有效性,在我国同步辐射实验室燃烧站上开展了乙烯/O<,2>/Ar的层流预混火焰组分测量.应用一维数值方法对实验结果进行了模拟,计算的组分分布和实验测量数据进行了对比.结果表明:简化反应动力学模型能有效地再现详细基元反应模型的反应机理,具有较高精度;但采用乙烯详细化学动力学模型计算结果与实验测量还存在一定的差异,需要进一步改进.     

对契尔卡索夫等提出的燃气涡轮特性线的解析法的几点意见

本文就莫斯科航空学院B. A.契尔卡索夫等提出的燃气涡轮特性线的解析作法提出几点看法。首先对工作轮进入临界状态及退出临界状态的物理过程作了解释,在这个基础上,对工作轮可能进入临界状态的最小的即的确定方法,以λcl>λcl及时,工作轮进入临界状态所对应的λu的确定方法提出了一些意见。另外,在文中引进了一组速度系数ψ(Φ)随进气角β_1而变的统计曲线,使该方法在实验数据缺乏的情况下,仍能用来估算反力式涡轮及冲击式涡轮的特性。最后,在本文的附录中,作者提出了一组图解图线,可使特性计算时确定σ、σq(λ)的工作量大为减轻。     

基于ANSYS的飞机发动机压气机叶片模态分析

飞机发动机压气机叶片因振动而导致的疲劳裂纹故障是航空发动机主要故障之一。为了排除叶片的疲劳断裂故障,本文对压气机叶片进行模态分析,获得其模态参数,进而研究发动机的振动特性并对叶片的振动特性进行控制。这可以为飞机发动机压气机叶片的性能评估、结构裂纹检测、疲劳寿命、强度计算、故障诊断等提供依据。