空气涡轮起动机性能数值仿真和试验研究

为提高某型空气涡轮起动机的性能,采用数值仿真和试验相结合的方法,开展了某型空气涡轮起动机气动性能和流场仿真的研究,并完成了优化设计。数值仿真结果表明,进气弯管内侧存在明显的流动分离,导致下游流场均匀性恶化,导向器叶片和转子叶片表面均存在一定的附面层分离,排气框架未充分考虑流动的顺畅性,最终造成空气涡轮起动机性能偏低。数值仿真和试验结果的对比表明,数值仿真获得的空气流量比试验低1.90%左右,涡轮功率高1.04%左右。数值仿真和试验符合较好,采用这种数值仿真方法研究空气涡轮起动机具有较高的准确性,对导向器叶片进行了优化设计,显著提升了空气涡轮的性能,优化后功率比原型增加了14.2%。     

组合压气机性能和气动稳定性计算分析

采用全三维数值计算方法研究了某型组合压气机性能和气动稳定性,通过对比轴流压气机和离心压气机的特性和流场细节,发现两者的特性差别较大:轴流压气机效率较高,总压比较小;工作点位于峰值效率点左侧时随流量的减小,离心压气机总压比和效率略有降低,轴流压气机总压比的增加和效率的降低均非常明显;导致离心压气机效率偏低的主要原因是径向扩压器的总压恢复系数偏小;导致组合压气机失稳的主要原因是轴流第1级转子叶尖和第2-3级静子叶根的泄漏流造成的堵塞。     

总压畸变对压气机气动稳定性影响的整环数值模拟

为研究周向进口总压畸变对跨声速压气机气动稳定性影响的物理机制,采用整环三维定常数值计算方法对进口总压畸变条件下的NASA 37号转子进行求解。计算结果表明:周向进口总压畸变导致压气机稳定裕度大幅降低,设计转速时稳定裕度仅为均匀进气时的59%;畸变区与转子旋转速度相同时,位于畸变区的转子叶片进气速度、压力较小,当压气机工作点接近稳定边界时,该区域的叶片会出现叶尖泄漏流前缘溢流和尾缘倒流的现象,同时叶尖区域出现严重的吸力面附面层分离,叶尖泄漏流和吸力面附面层分离共同导致压气机失稳;周向进口总压畸变不会改变失稳的始发位置,但会影响失稳的原因。     

叶尖间隙对某离心压气机性能和稳定性的影响

为研究叶尖间隙对某型高速离心压气机性能和气动稳定性的影响,采用NUMECA软件详细研究了在不同叶尖间隙下的三维黏性流场,计算结果表明,随着叶尖间隙增大,叶轮叶尖泄漏流的强度明显增强,导致叶轮的增压能力下降,效率减小;稳定工作范围先减小后增大,同时还会导致失稳原因发生改变。     

空气涡轮起动机优化设计和匹配特性

为改善某型空气涡轮起动机的性能，并使其与辅助动力装置的引气特性匹配，采用数值仿真和试验相结合的方法，开展了某型空气涡轮起动机气动性能和流场细节的研究，并完成了导向器和涡轮级叶型优化设计，改型后涡轮流量增大了23.2%，效率提升了3.4%，功率增加了18.0%。数值仿真和试验结果的对比表明，流量整体差别较小，波动范围在±3%以内，均值为0.17%；功率差别最大为2.38%，最小为0.1%，符合性较好。数值仿真结果表明，空气涡轮起动机改型后与辅助动力装置的引气特性线存在共同工作点，实现了两者的匹配工作，改善了辅助动力装置的工作状况。