某高负荷前掠双级风扇设计与掠形机理研究

介绍了某高负荷双级前掠风扇的设计方法和设计结果.为改善风扇性能, 采用了转子叶尖和静子叶根适度前掠的设计方法.在此设计基础上对前掠和后掠两个单级的三维数值解进行对比研究, 认为前掠、后掠所得风扇效率的差别很小, 转子通道在三维相对运动中不存在旋向相反的流动形态;前掠明显提高失速裕度的主要原因是转子通道激波曲面按其自身结构的需要而展向发展, 它的展向构形和流向平衡位置不完全随叶片前缘形状改变, 因此前掠增大了激波与前缘的相对距离.      

高性能前掠三级轴流风扇的设计与试验研究

本文介绍了一台高性能前掠叶型三级轴流风扇的设计与试验研究.该风扇以某涡扇发动机为验证平台,全新设计一台三级风扇代替该发动机原四级风扇,并提高性能.新设计的输入条件为:保持原四级风扇的进出口几何尺寸、总压比、转速和喘振裕度,效率不低于原四级风扇试验值.设计中采用了叶片掠型设计、叶片三维成型技术和三维气动设计分析等先进技术.试验结果表明,新设计的三级风扇流量增加了8%,效率提高了3.5%,超过了设计指标.该新三级风扇串装于某发动机顺利完成地面试车,其不加力最大推力增加464daN,超过了原计划增加200daN的指标.     

处理机匣在单级跨声速风扇上的实验研究

为新研制的单级跨声速风扇设计了３种不同形式的处理机匣,圆弧斜槽处理机匣、轴向斜槽处理机匣和反旋涡式处理机匣,并在该单级跨声风扇上进行了实验研究。采用新建立的试车台数据实时采集与监控系统,测量了该单级跨声速风扇的总性能和采用处理机匣后风扇的总性能、基元级性能。通过分析表明圆弧斜槽处理机匣使负扇的稳定工作裕度获得较大的改善,并且与实壁参考机匣相比,提高了峰值效率,其作用效果明显地优于其他形式的处理机匣     

某复合掠形风扇设计与内外函数值模拟研究

采用任意中弧线叶片造型程序,将某单级跨声、常规设计的风扇改进为复合掠形设计.在改进设计过程中,通过调整风扇关键设计参数的分布,从设计上降低了激波及其关联的损失,克服了该风扇高相对马赫数与低损失、高效率的矛盾.内外函数值模拟结果表明,设计转速的风扇效率略微降低,但起飞转速的风扇效率得到显著提高,并且有效地改善了风扇/增压级的内外函气动性能匹配.      

高切线速度低压比单级风扇设计技术及试验验证

针对单级跨声速风扇高切线速度、低压比的特点,采用先进的气动布局及特性分析方法,高切线速度低压比转子设计、低损失可调导叶设计、大攻角范围低损失静子设计技术,以及叶顶激波系控制技术等,完成了该单级风扇的设计,并在此基础上完成机械运转、总性能试验及导叶优化试验。试验结果表明,该单级风扇在满足发动机尺寸设计要求的前提下,各转速流量、效率、压比及稳定裕度均满足设计指标要求,其中效率和稳定裕度远远超过设计指标。     

高负荷正预旋子午较大后掠转子的一种尖部气动失稳

在高通流高负荷风扇预研中, 遇到了设计常规轴流压气机时并不显现的新现象: 在级增压比为 2.33, 转子叶尖半径 0.4414m,切线速度 490 m/s的单级实验后掠风扇 ATS-2有预旋方案的通流设计中, 转子叶尖流动滞止并且不收敛, 或非正常地收敛。      

CFM国际公司开展TECH56项目研发试验

ＴＥＣＨ５６项目是ＣＦＭ国际公司规划的为期３年的技术发展计划,其目标是为研制新型和衍生型发动机提供新技术,并促进现有ＣＦＭ５６发动机的技术升级。到目前为止,ＴＥＣＨ５６项目的所有试验都取得了令人满意结果,并为将来的技术应用打下了基础。 今年１,ＣＦＭ５６发动机后掠风扇安装在经过改装的ＣＦＭ５６－７发动机上完成了全尺寸性能、侧风和声学试验。在法国ＳＮＥＣＭＡ公司的Ｖｉｌｌａｒｃｈｅ和ＧＥ公司俄亥俄州Ｐｅｅｂｌｅｓ室外试验基地进行的６１英寸实心叶片构型试验表明,后掠风扇叶片比ＣＦＭ５６－７现有的宽弦…     

小展弦比前缘后掠或前掠叶片的研究和发展

叶片发展趋势为提高发动机的推重比,要求提高风扇和压气机的级压比。而提高级压比最有效的技术措施是提高叶片旋转速度,但这会增加与激波有关的损失,并容易引起叶片振动和强度问题。为保持合理的气动效率和改进工作可靠性,出现了小展弦比后掠叶片等新的气动布局和造型。这一发展趋势既与风扇或压气机发展的历史进程一致,又符合技术发展的内在规律。国外70年代以来几个典型的风扇级参数统计如右表。由表中可见,随着级压比的提高,叶尖速度相应提高,叶片也随之向小展弦比前缘后掠（或前掠）方向发展。80年代以来,美国小展弦比后掠叶片…     

某高负荷跨声双级风扇气动设计与数值模拟

介绍了某变循环发动机的高负荷跨声双级风扇的设计过程和设计结果,详细讨论了设计过程中关键参数的选取,采用基于Szm流面的流线曲率方法和任意叶片造型方法进行了通流设计和叶片造型.为了提高风扇的效率和失速裕度,转子和静子的设计采用了掠形技术.三维数值模拟结果表明,双级风扇的性能参数除绝热效率外,均达到了设计指标的要求,并且在...     

外涵静子后掠对某风扇/增压级气动特性的影响

针对某大涵道比风扇/增压级外涵静子后掠降噪的优化设计目标,采用1种周向平均快速特性预测计算方法和3维数值模拟软件NUMECA,对其100％设计转速下外涵静子无后掠及轴向后掠22.5°和30°算例的特性曲线及流场进行了对比分析,以研究外涵静子轴向后掠对风扇/增压级特性及气动性能的影响规律.结果表明:一定程度的轴向后掠角度会使静子表面静压在叶尖处增强,而根部的叶片表面静压分布更趋均匀,风扇/增压级的外涵气动特性在裕度上无明显恶化;但严重的后掠角度则会导致叶尖叶片表面载荷显著增加,从而造成外涵的喘振裕度减小,进而影响整个风扇/增压级的气动性能.     

航空涡扇发动机吞水性能变化

为了解某涡扇发动机吞水后性能变化,基于常规地面试车台,设计并开展某涡扇发动机吞水后性能变化试验。进行了发动机在慢车状态、节流状态、中间状态和最大状态时,吞水量为进口空气质量流量的2%、3.5%和5%的试验。试验结果表明:慢车状态,风扇内、外涵出口温度的降低程度不随吞水量的变化而变化,吞水后发动机推力最多降低约20%;最大状态,风扇内涵出口温度降低的程度随着吞水量的增加而增加,吞水后由于低压转速提高,发动机推力最多升高约15%。吞水过程中没有造成失速、喘振以及发动机主燃烧室熄火。吞水后发动机性能无恶化。      

GE公司试验前掠风扇技术

GE公司设计的前掠风扇的试验表明该部件在气动性能和稳定性方面具有大的收益.据GE公司称,与目前战斗机发动机上的常规径向式风扇相比,这种高速低展弦比前掠风扇允许发动机进口流量畸变增大约80%.这样该前掠风扇的失速裕度至少比现有最好的径向式风扇要高百分之几.据GE公司的技术人说,这种允许畸变的能力在几方面能得到采用.较高的失速裕度可增加     

某四级风扇特性计算的三维数值模拟

利用自主开发的程序对某四级风扇进行了特性计算,一方面是为了发动机整机的匹配,另一方面是为了校核程序对多级压气机的数值模拟精度.程序采用标准k-ε湍流模型计算湍流黏性系数,为了避免计算过程中由湍流模型方程带来的数值刚性问题,对湍流模型方程中的源项作了隐式处理.转静子之间的数据传递采用了掺混界面法.通过对一个单级风扇进行计算,并与常用的几种商用软件计算结果以及实验结果进行对比,初步验证了程序计算结果的可靠性.进一步对某四级风扇进行了计算分析,发现程序计算精度较好,可用于工程设计中.      

缩短多级风扇/压气机三维计算周期的方法

以某三级风扇为例,将其拆分为第一级、前两级和后两级进行三维计算,然后取第一级和两级联算后一级的计算结果与三级联算结果进行对比。分析发现,采用此方式计算的各级气动流场与三级联算结果基本一致,通过此种计算方式可获取符合整个部件联算的各单级性能,为多级风扇/压气机设计提供参考和依据。这也揭示了在多级风扇/压气机设计过程中,可通过该方式以每级作为单元体进行设计,从而大大节省时间、提高设计效率。为验证算法的可行性,以七级高压压气机为例进行了验算,结果表明该方法合理可行。     

某掠形跨声风扇设计与数值模拟

采用与计入三维激波结构轴对称流设计程序相匹配的任意中弧线叶片造型程序, 进行某单级跨声、小展弦比、具有小前掠和后掠的内外涵风扇设计.在设计过程中, 通过调整风扇转子压比、叶型最大相对厚度和前后缘厚度等参数沿展向的分布, 以及弯度和最大弯度位置沿弦向的分布, 从设计上减弱了叶片上部的激波强度、降低了激波及其关联的损失, 克服了该风扇转子高相对马赫数与低损失、高效率的矛盾, 内外涵数值模拟结果表明, 该风扇具有宽广的高效率区和高喘振裕度.      

约束条件下发动机风扇特性线拟合方法

涡轮风扇发动机的风扇特性图在试验的基础上绘制,是发动机建模、仿真以及研究发动机工作性能的重要依据。从试验中只能得到有限的数据,为了充分利用试验数据,讨论了风扇在等换算转速下入口总温、出口总温、以及发动机转速间的增量关系,在此基础上得出特性数据间的关系,建立等换算转速下风扇特性拟合的约束条件。考虑此约束条件,构造风扇特性的拟合函数,并给出了计算机仿真结果。      

F136发动机及其关键部件

F136发动机是在YF120-GE-100发动机的基础上为JSF计划研制的新一代发动机。它的直径为1.09m的3级风扇采用20片三元气动设计的高流量宽弦钛合金叶片,第1级叶片为空心结构;第2,3级叶片为实心结构,3级叶片全部采用线性摩擦焊焊接的整体叶盘结构。5级整体叶盘结构的压气机也采用三元气动设计,转子叶片叶尖前掠,静子叶片为弓形,前2级用钛合金加工;后3级采用钢加工。燃烧室为由多孔层板加工的单头部双层壁环形燃烧室。单级高     

GE公司准备试验增强型F414

GE公司准备研制增强型F414发动机,并正在为该发动机研究新技术,包括新的2级前掠整体叶盘风扇、6级高压压气机和高压涡轮,这些新的部件技术将使发动机的推力提高20%     

外并联式TBCC发动机模态转换性能模拟与分析

针对Ma7一级外并联式TBCC发动机,发展了组合进气道模态转换性能简化计算模型和高马赫数涡轮发动机风车性能计算模型,实现了TBCC发动机由涡轮模态至冲压模态完整转换过程的动态性能模拟。将模态转换过程划分为冲压发动机冷通流打开和涡轮发动机关闭加力、降转、风车关闭等四个典型阶段,基于推力连续准则提出了模态转换策略。计算结果表明:模态转换期间,TBCC发动机的推力转换主要发生在涡轮发动机由全加力状态变化至不加力状态过程中;模态转换前期处于冷通流状态的冲压发动机以及后期处于风车状态的涡轮发动机产生负推力,最大值分别为模态转换后总推力的5.3%和13.7%;当涡轮发动机进入风车状态时,风扇和压气机的工作点均位于其特性图的低转速大流量区域,此后随着涡轮发动机空气流量的减小,风扇压比和压气机压比均趋向于1.0,与相关试验结果基本一致。     

复合掠弯轴流增压设计技术

提高增压比是未来涡扇发动机实现低耗油率需求的关键途径,而级数少、重量轻、长度短的高负荷轴流增压系统一直是研究重点。小展弦比复合掠弯能够有效控制超声速流动损失以及大折转角下的流动分离,是高负荷设计技术的重点发展方向。本文在大前掠带箍风扇基础上,开展了高负荷两级风扇超跨声速级间流动匹配研究,发展了全新的小展弦比、三维掠弯设计方法;基于试验结果完成了一维、二维特性模型修正,采用优化方法建立了全工况性能匹配调节规律,并完成了优化调节试验验证。以此为基础,为进一步提高负荷,开展小展弦比串列叶片前段减速增压、后段折转增压概念原理设计和试验验证;运用数值模拟方式进行了动叶自循环吸附验证;完成了低反力度气动布局设计和静叶吸附的试验验证。最后,初步讨论了可变流量Flade叶片构型面临的高效率全超声速动叶设计、环内壁低损失超声速流动控制等技术挑战,以及柔性叶片和智能材料相融合的造型设计方法。