涡扇发动机低压部件通流耦合计算

为了研究各部件匹配与过渡段几何参数对发动机总体性能的影响,针对某涡扇发动机风扇、低压涡轮、内外涵道、掺混段和尾喷管等部件,基于周向平均Navier-St okes通流控制方程,采用时间推进有限体积法进行了部件耦合计算求解,将沿程各部件性能计算参数与试验做了对比,结果表明:在设计状态下发动机沿程各截面计算特征参数与试验值最大误差不超过5.0%,说明该通流耦合计算方法能够快速预估发动机总体性能,完善各部件匹配关系,在发动机总体设计初期有一定工程应用价值。     

测试布局对涡轮效率的影响研究

在涡轮稳态性能试验中,由于探针几何堵塞限制,进/出口测量截面上过少的测点以及近端壁流场信息缺失影响涡轮等熵效率的评估精度。本文基于涡轮出口截面近壁边界层与平板湍流边界层速度分布相似的假设,首先发展了涡轮近壁边界层总温、总压计算模型,然后利用PW E³单级高压涡轮的数值计算结果,分析发现此近壁边界层模型能大幅改进涡轮测试效率的精度,轮毂近壁测点位于5%~10%叶高、机匣近壁测点位于90%~95%叶高时,近壁边界层模型修正的涡轮效率精度最高。测试截面位于涡轮出口3倍转子叶根轴向弦长下游时,在不同的涡轮工况下,涡轮的修正效率与CFD全流场计算效率的误差小于0.3%。利用此模型,进一步分析了探针周向、径向测点数对涡轮效率的影响,获得了高精度测试效率所需的最少周向测点数为5,最佳径向点数可取7~10。获得的试验数据后处理方法以及测试探针布局准则,能用于指导工程上涡轮性能试验方案设计以及试验数据后处理。     

涡桨发动机总体性能优化设计

为提高非设计状态下发动机总体性能预估精度,发展了0D/2D耦合总体性能预估方法。针对某型3轴涡轮螺旋桨发动机建立了基于T-MATS平台的涡桨发动机总体性能0D仿真模型。对涡桨发动机可用功分配提出了2种优化方案。对原方案和2种优化方案的自由涡轮、尾喷管2个部件进行了2D流道和叶型设计,通过S_1流面与通流CFD计算验证了所设计部件的气动性能满足发动机总体性能指标要求。为提高非设计状态下发动机总体性能预估精度,采用0D/2D耦合总体性能预估方法分析了3种方案。结果表明:优化方案1使发动机当量耗油率在设计、巡航、地面状态分别降低2.1%、1.2%、2.0%。