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低反动度附面层抽吸式压气机及其内部流动控制

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工程热物理学报 2009年第1期30卷 35-40页

作者：王松涛羌晓青冯国泰林伟春王仲奇哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

本文进一步分析了低反动度附面层抽吸式压气机概念,并讨论了该压气机的设计要点和应用范围;分析了抽吸掉的附面层内的低能高熵流体的可能利用途径,以及对于不同的利用方式,效率的评估方法;基于上述概念设计了一台亚声速低反动度附面层... 详细信息

本文进一步分析了低反动度附面层抽吸式压气机概念,并讨论了该压气机的设计要点和应用范围;分析了抽吸掉的附面层内的低能高熵流体的可能利用途径,以及对于不同的利用方式,效率的评估方法;基于上述概念设计了一台亚声速低反动度附面层抽吸式压气机,详细地分析了该压气机的气动参数选取与分布特点,以及该压气机内部的三维分离流动及其控制规律。

关键词：高负荷压气机低反动度附面层抽吸分离流动

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子午造型对低反动度跨声速转子气动性能影响

推进技术 2014年第9期35卷 1234-1240页

作者：张龙新杜鑫丁骏胡应交刘勋王松涛哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所黑龙江哈尔滨150078

对于高负荷低反动度跨声速转子,子午型线造型是其设计中研究重点之一。为寻求更优的子午造型方式,借助数值模拟的方法初步研究了不同子午形式对高负荷低反动度跨声速转子气动性能的影响。结果表明,相较于直线形式的子午型线,采用正弦曲... 详细信息

对于高负荷低反动度跨声速转子,子午型线造型是其设计中研究重点之一。为寻求更优的子午造型方式,借助数值模拟的方法初步研究了不同子午形式对高负荷低反动度跨声速转子气动性能的影响。结果表明,相较于直线形式的子午型线,采用正弦曲线形式的子午型线可降低激波强度,转子效率提升0.84%;合理的子午型线造型既需要控制波前马赫数不至于过高,同时又要确保激波过后轴向速度可以获得迅速提升,避免发生附面层分离再附着的现象。

关键词：子午型线低反动度跨声速转子气动性能

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间隙流动对低反动度跨声速转子气动性能影响

推进技术 2015年第4期36卷 566-571页

作者：张龙新王松涛阮国辉王仲奇哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心黑龙江哈尔滨150001

为探究叶顶泄漏流动对小展弦比高负荷跨声速转子气动性能的影响,利用数值模拟的手段,对不同尺度叶顶间隙下低反动度转子的全工况特性以及叶顶区域的流场结构进行了详细分析。研究结果表明,无叶顶间隙条件下,转子峰值效率最高,但其工作... 详细信息

为探究叶顶泄漏流动对小展弦比高负荷跨声速转子气动性能的影响,利用数值模拟的手段,对不同尺度叶顶间隙下低反动度转子的全工况特性以及叶顶区域的流场结构进行了详细分析。研究结果表明,无叶顶间隙条件下,转子峰值效率最高,但其工作范围较窄;叶顶泄漏流动可在一定程度上抑制角区分离流动在流道内部的发展,延缓失速的触发,转子喘振裕度提升20%以上;较大尺度叶顶间隙下,波涡干涉导致叶顶泄漏涡破碎,但采用低反动度设计理念可控制破碎的泄漏涡在流道内部不发生大尺度的扩散,从而进一步地保证了转子在近失速点处仍具有较高的效率;综合考虑多方面气动性能要求,对于此类转子应存在最佳的叶顶间隙值。

关键词：高负荷压气机低反动度叶顶泄漏流激波

吸附式低反动度轴流压气机气动设计方法在多级轴流压气机中的应用

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航空动力学报 2014年第11期29卷 2550-2560页

作者：胡应交王松涛哈尔滨工业大学能源科学与工程学院发动机气体动力研究中心哈尔滨150001

随着对吸附式低反动度轴流压气机内部流动细节的逐步深入,进一步完善了多级吸附式低反动度轴流压气机气动设计思想,完成了3级吸附式低反动度轴流压气机气动设计.三维黏性的数值计算结果表明:在第1级动叶入口叶尖切线速度为370m/s的前提... 详细信息

随着对吸附式低反动度轴流压气机内部流动细节的逐步深入,进一步完善了多级吸附式低反动度轴流压气机气动设计思想,完成了3级吸附式低反动度轴流压气机气动设计.三维黏性的数值计算结果表明:在第1级动叶入口叶尖切线速度为370m/s的前提下,通过只在首级静叶和末级静叶中进行附面层抽吸,实现了总压比为6.1的3级吸附式低反动度轴流压气机气动设计.附面层总抽吸流量占入口流量的11.3%.在不考虑附面层抽吸对流动效率影响的前提下,3级效率达到88.1%.

关键词：多级轴流压气机低反动度气动设计附面层抽吸

吸附式低反动度超、跨音速轴流压气机气动设计原理及其验证

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推进技术 2013年第9期34卷 1179-1187页

作者：胡应交王松涛王仲奇哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

当增加动叶转角以进一步提升超、跨声速轴流压气机级负荷时,为解决其内部流动问题,提出了吸附式低反动度超、跨声速轴流压气机气动设计原理。分析了在该气动设计原理指导下,级内参数的演变规律与相互影响。利用该气动设计原理完成了一... 详细信息

当增加动叶转角以进一步提升超、跨声速轴流压气机级负荷时,为解决其内部流动问题,提出了吸附式低反动度超、跨声速轴流压气机气动设计原理。分析了在该气动设计原理指导下,级内参数的演变规律与相互影响。利用该气动设计原理完成了一高负荷超声速轴流压气机气动设计,三维粘性数值模拟结果表明,在叶尖切线速度370m/s的前提下,实现了一级压比2.5,效率87%的压气机级设计。

关键词：超、跨声速轴流压气机低反动度气动设计数值模拟附面层抽吸

高负荷低反动度吸附式风扇气动设计与性能分析

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推进技术 2018年第3期39卷 547-555页

作者：孙士珺王松涛陈绍文胡应交张龙新哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 上海中航商用航空发动机制造有限责任公司上海201108

为了探索研究风扇负荷极限,采用基于增加进口正预旋和动叶轴向速度提升的两种低反动度设计方法,对叶尖切线速度为370m/s的风扇级进行了气动设计研究。通过三维数值计算,结果表明,在设计点,风扇级实现了2.39的单级压比,通流效率达90.84%... 详细信息

为了探索研究风扇负荷极限,采用基于增加进口正预旋和动叶轴向速度提升的两种低反动度设计方法,对叶尖切线速度为370m/s的风扇级进行了气动设计研究。通过三维数值计算,结果表明,在设计点,风扇级实现了2.39的单级压比,通流效率达90.84%,且抽吸流量仅为进口的5.5%,达到了设计目标。进一步的流场分析表明,静叶根部较高的损失系数一方面与较强的激波有关,另一方面与端壁过大的抽吸流量导致的堵塞有关。改型设计应从降低根部入口激波强度或降低抽吸流量,即增加抽吸背压或缩小抽吸面积入手。

关键词：高负荷风扇级低反动度附面层抽吸气动性能

基于动叶出口轴向速度提升的亚声速低反动度轴流压气机气动设计原理及其验证

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航空动力学报 2014年第3期29卷 708-718页

作者：胡应交王松涛哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

当动叶转角增加以进一步提升亚声速轴流压气机级负荷时,为解决其内部流动问题,提出了基于轴向速度提升的亚声速低反动度轴流压气机气动设计原理.分析了在该气动设计原理指导下,各气动参数间的相互影响,设计了一个验证级.三维黏性数值模... 详细信息

当动叶转角增加以进一步提升亚声速轴流压气机级负荷时,为解决其内部流动问题,提出了基于轴向速度提升的亚声速低反动度轴流压气机气动设计原理.分析了在该气动设计原理指导下,各气动参数间的相互影响,设计了一个验证级.三维黏性数值模拟结果表明:在叶尖切线速度为213m/s的前提下,实现了级压比为1.5,效率为92.5%的压气机级设计.

关键词：低反动度轴流压气机亚声速附面层抽吸高负荷

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吸附式低反动度轴流压气机气动设计原理

航空动力学报 2014年第2期29卷 350-362页

作者：王松涛胡应交王仲奇哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

针对亚声速及超、跨声速轴流压气机,全面论述了吸附式低反动度轴流压气机气动设计思想,指出了该思想的具体实现形式、应用条件以及各参数之间的相互影响.指出针对亚声速轴流压气机,可利用动叶出口轴向速度提升或增加动叶入口正预旋以降... 详细信息

针对亚声速及超、跨声速轴流压气机,全面论述了吸附式低反动度轴流压气机气动设计思想,指出了该思想的具体实现形式、应用条件以及各参数之间的相互影响.指出针对亚声速轴流压气机,可利用动叶出口轴向速度提升或增加动叶入口正预旋以降低动叶中扩压因子从而确保动叶流动效率;而针对超、跨声速轴流压气机,可通过提升动叶入口激波后的轴向速度实现气流在动叶中大幅折转并保证动叶效率.其出口轴向速度选取,需兼顾动叶效率以及下游静叶栅入口马赫数以及气流角需求.最后总结了吸附式低反动度轴流压气机的研究进展.

关键词：低反动度轴流压气机亚声速超、跨声速高负荷设计附面层抽吸

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低反动度高负荷吸附式轴流压气机

低反动度高负荷吸附式轴流压气机

作者：羌晓青哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

现代的轴流压气机设计要求具有更高的单级负荷和更少的级数,用传统设计方法达到这一指标难度较大,存在的问题较多。为此,本文首次提出了一种“低反动度”的压气机设计新概念来解决这一设计难点,并借助于数值模拟的方法对这一概念进行了... 详细信息

现代的轴流压气机设计要求具有更高的单级负荷和更少的级数,用传统设计方法达到这一指标难度较大,存在的问题较多。为此,本文首次提出了一种“低反动度”的压气机设计新概念来解决这一设计难点,并借助于数值模拟的方法对这一概念进行了论证,数值模拟结果表明这种设计概念是切实可行的。本文首先系统地阐述了低反动度轴流压气机这一设计概念,其主要内容为:动叶进口采取预旋降低其反动度,使动叶在大转折角工况下吸力面附面层不分离,保持较高的效率;静叶具有大转角的特点,采用附面层抽吸等主动控制技术来抑制叶栅内强烈的三维分离流动。利用Fortran语言平台编制了基于低反动度设计概念的准三维气动设计程序及三维叶片造型程序。考虑到静叶转角最大范围等限制因素,气动设计程序中对动叶加功量沿叶高的分布做了特殊处理,使其沿叶高具有按任意抛物线分布的特点。采用商用计算软件对上述程序设计的动叶进行了全三维的数值模拟,结果显示该动叶具有较高的等熵效率和宽广的稳定工作范围,实际加功量沿叶高分布和预期结果一致,满足设计要求。本文采用数值方法研究了静叶的稠度及展弦比对气动性能的影响,通过对数值模拟结果的分析了解了这些参数和流场结构之间的关系,明确了其选取规则。接着采用优化设计的方法对静叶作优化改型,优化内容主要包括动静叶气流角匹配、叶型厚度分布优化以及径向积叠规律的探讨,优化结果表明采用适当的叶型厚度分布和积叠方式对于流动的改善效果明显。本文最后对附面层抽吸技术在静叶中应用作了详细研究。通过对不同抽吸方式和位置的数值模拟结果分析,确定了单一抽吸的最佳方式和位置分布。进而采用混合抽吸的方法成功抑制了叶栅内强烈的三维分离流动,实现了设计目标。同时,文中采用拓扑分析的方法研究了附面层抽吸对流场结构的影响,指出附面层抽吸降低损失的机理是因为有效地抑制了附面层的分离。

关键词：低反动度高负荷附面层吸附优化设计拓扑分析