基金成果简讯

温度压力组合畸变试验和评定方法【项目编号】2003ZI24001【项目负责人】叶巍【依托单位】中国燃气涡轮研究院完成情况简介:本项目研究了温度压力不同方位对临界温升与压力畸变指数的相关性。建立了发动机稳定裕度损失与压力温度畸变的相关方程。摸清温度和压力组合畸变对发动机稳定性影响的机理和在发动机系统中的发展特征,可定量地评定进气畸变影响     

畸变进气下压缩系统稳定性分析的通用方法

基于逐级平行压缩系统模型，发展了一种分析周向组合畸变对多级轴流压缩系统稳定性影响的通用分析方法。应用此方法对两个多级轴流压气机进行了详细的数值分析，给出了纯压力畸变、纯温度畸变及压力－温度不同位置的组合畸变与轴流压气机喘振裕度损失之间的定量关系。     

压力温度组合畸变对发动机稳定性影响的数值研究

压力和温度组合畸变对某涡轮风扇发动机稳定性影响的数值研究表明,组合畸变中压力畸变和温度畸变的相对大小,决定了组合畸变对风扇或压气机稳定性影响的严重程度,压力畸变强度较大的组合畸变,对风扇的稳定性影响较大。组合影响系数表示发动机抗组合畸变的能力以及压力畸变和温度畸变之间的相互影响。当组合影响系数大于0时,相互影响加强,反之相互影响减弱。组合畸变对发动机稳定性的影响,不是压力畸变和温度畸变单独影响的简单相加,而是一种非常复杂的非线性关系。     

总压总温组合畸变对压气机稳定性影响的数值模拟研究

本文对不同进口总压、总温组合畸变对压气机稳定性的影响进行了数值研究。计算模型以一维时间相关的气体欧拉方程组为基础,计及了压气机系统加功、气体抽吸和加热过程,并在计算中改进平行压气机理论的进出口假设,对一种双涵道压气机进行了三种周向总温、总压畸变组合形式的计算,给出了组合畸变情况下压气机稳定边界的变化。结果表明,在三种组合方式中,总压、总温畸变区域完全重合时压气机的稳定裕度损失最大,反之最小,部分区域重合时稳定边界介于前两者之间,且同时具有前两种情况的部分特征。      

稳态联合畸变下多级轴流压气机的气动稳定性分析

发展了一种分析稳态压力 -温度联合畸变下多级轴流压气机气动稳定性的逐级平行压缩系统模型。导出了基于双对角线格式的数值预测方法。对三级实验压气机进行数值分析后 ,给出了压气机进口稳态压力、压力 -温度联合畸变与压气机稳定裕度损失之间的定量关系 ;并给出了压气机失稳首发级的识别方法。     

三级风扇进气压力畸变特性分析

基于多子区平行压气机彻体力模型,就某风扇特性和S2流面计算结果进行了气动稳定性的评估与分析.介绍了进口流场畸变对风扇稳定性影响的数学模型,并阐述了该模型的求解方法;计算和分析了压力畸变对风扇稳定性影响的结果,并讨论了压力畸变在风扇系统中的传递和分布情况.计算结果表明:风扇在相对换算转速75%下稳定裕度储备可能不足;中低...     

一种分析稳态压力畸变对多级轴流压缩系统稳定性影响的新方法

发展了一种分析进口稳态压力畸变对多级轴流压缩系统稳定性影响的逐级平行压缩系统模型；建立了一种稳态压力畸变进气条件下，多级轴流压缩系统对燃烧室燃油瞬时脉冲的气动响应及气动稳定性分析的新方法；导出了基于ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ隐式格式的新的数值计算方法。应用新的模型方法对一个三级实验压气机进行了数值分析，给出了稳态压力畸变与压缩系统稳定裕度损失及不稳定发生时间之间的定量关系，定量给出了压气机失稳首发级的识别方法。     

组合畸变对某型发动机稳定性的影响

压力和温度组合畸变对某涡轮风扇发动机稳定性影响的数值研究表明,该发动机的进口临界压力畸变强度和临界温度畸变强度分别为8.82%和8.60%,风扇的压力畸变敏感系数为2.608,高压压气机的温度畸变敏感系数为2.442.压力畸变和温度畸变的相对大小,决定了组合畸变对风扇或压气机稳定性影响的严重程度.压力畸变的相对最大强度峰值出现在风扇截面时,风扇首先失稳,反之则高压压气机首先失稳.组合畸变对发动机稳定性的影响,不是压力畸变和温度畸变单独影响的简单相加,而是一种非常复杂的非线性关系.     

真实进气条件下发动机气动稳定性计算方法

基于平行压气机理论，采用非定常、二维、无黏的积分型欧拉方程，以蒸汽吸入试验中产生的温度和压力组合畸变为边界条件，开展真实进气条件下温度和压力组合畸变对发动机影响的计算方法研究。在保证畸变强度、高温区范围、低压区范围等特征不变的前提下，对畸变图谱进行规则化等效转换，同时协调温度和压力畸变图谱，使两者可以进行相互叠加计算。结果表明:当周向子发动机数量大于2时，子发动机数量对计算结果影响不大；组合畸变对风扇、压气机压比影响规律与单独的压力畸变相同；与试验的推力损失对比显示，对畸变图谱进行等效规则化转换，可以用于真实组合畸变的计算。      

进气道温度畸变问题的研究

重点研究稳态温度畸变对发动机稳定工作的影响。温度畸变分为周向温度畸变和径向温度畸变两种情况。温度畸变将使发动机喘振裕度降低。情况严重时可使发动机工作不稳定,或发动机熄火,从而危及飞行安全。本文半给出进气道温度畸变和稳定性因子的确定方法,作为进气道／发动机匹配研究的基础。     

进气温度畸变对某发动机稳定性影响的研究

本文采用有效的畸变传递模型，就进气温度畸变对某发动机稳定性和性能的影响进行了较深入的数值研究．详细地分析了温度畸变对发动机稳定性和性能的影响，探讨了温度畸变在发动机系统中的传递和分布情况。结果表明：对于发动机进口空间温度畸变，发动机稳定裕度损失更多地取决于畸变强度而非周向范围：向对于与时间相关的温度畸变，发动机进口温升率比周向范围的影响更为显著。     

单级跨声速压气机进气畸变数值模拟

基于彻体力模型的基本思想,发展了一套能够反映进气畸变对风扇/压气机气动性能影响的三维数值计算程序CSAC.首先详细研究了彻体力模型的具体建模方法,然后发展了相应的三维数值计算程序.利用该程序针对某单级跨声速压气机在均匀进气下的流场进行了计算验证,计算结果与雷诺平均Navier-Stokes(RANS)计算吻合得很好,流场主要参数分布与相关实验数据也有很好的一致性.利用该程序分别计算分析了进口存在稳态周向总压畸变及周向总温畸变的全环三维畸变流场,结果表明:压气机进口畸变流场存在大尺度、强三维特征,将导致压气机总压比及稳定裕度下降.所有计算结果均显示该模型能够在降低对计算资源和工程经验依赖的同时,有效分析进气畸变对压气机特性的影响.      

进口导流叶排对轴流压气机级畸变响应特性影响

基于轴流压气机叶片排实验特性，应用畸变传递的矩阵分析模型，对带有进口导流叶片排的轴流压气机级容总压畸变特性进行了详细分析，初步建立了进口导流叶片排对总压畸变及其沿轴流压气机叶片排衰减特性影响规律。计算结果表明，与无导流叶片排相比，带有进口导流叶片排的轴流压气机级具有更强的总压畸变、总温畸变和静压畸变衰减能力，有利于提高轴流压气机稳定工作范围。     

进气畸变对大涵道比涡扇发动机稳定性的影响

基于平行压气机原理,建立了进气畸变对大涵道比涡扇发动机稳定性影响的理论模型和计算分析方法,评估了总压畸变和总温畸变对某型大涵道比涡扇发动机稳定性的影响,获取了发动机的临界畸变指数和首发失稳级组.结果表明：总压畸变在风扇中衰减幅度最大,发动机在高转速下运行达到临界总压畸变值时,风扇率先失稳,在低转速下运行时为增压级率先失稳;总温畸变在高压压气机中衰减幅度最大,发动机在高转速运行达到临界总温畸变值时,高压压气机率先失稳,在低转速运行时为增压级率先失稳.     

航空发动机进发匹配优化研究

为降低进气压力畸变对发动机的需用稳定裕度需求,分别从发动机和进气道2个方面开展优化匹配研究。在发动机方面,通过降低转速的方式来降低进气畸变,评估结果表明:采用该方案对发动机剩余裕度增大效果不明显。在进气道方面,局部优化进气道防护网结构,经过进发联合试验验证表明:采用该措施可降低进气压力畸变相对量20.4%～32.6%。经过发动机逼喘试验验证,畸变改善效果显著,大大降低了发动机喘振概率,可在现役飞机进气道上推广使用。     

多级环境下径向总压畸变影响效应的试验评价

为量化评价径向总压畸变对多级轴流压气机气动性能的综合影响效应,将标准畸变模拟网与叶型探针技术相结合,开展了径向总压畸变对压气机性能与稳定性影响的试验研究.试验结果表明:径向总压畸变会轻度恶化压气机总体性能与稳定裕度,轮毂畸变与轮缘畸变对压气机性能的影响程度较为接近,而稳定裕度受轮缘畸变的影响要大于轮毂畸变,最大偏差达2%.两种径向总压畸变在压气机流道内均会迅速径向掺混,气流在强烈掺混过程中也将产生相应的压力损失.径向总压畸变会改变压气机原有级间负荷的分配,使某级的性能得到改善,该物理现象与转子攻角的变化范围相关联.      

进气总压总温畸变对压气机稳定性的影响

本文对 Melick提出的进口总压周向稳态畸变对压气机稳定性裕度损失的估算方法作了改进 ,并加以推广应用于进口总温周向稳态畸变的情况。在此基础上 ,本文提出了总温和总压组合畸变下压气机稳定性裕度损失的预测方法。以某型双轴涡喷发动机为例作了某些具体的计算。