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旋翼翼型动态失速机理及非定常设计研究进展

空气动力学学报 2021年第6期39卷 70-84,I0001页

作者：招启军井思梦赵国庆王清南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京210016 兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050

旋翼翼型的动态失速现象限制了直升机的最大飞行速度和机动性,并且其产生机理复杂、抑制困难,是直升机空气动力学领域持续关注的重点与难点问题。本文首先介绍了试验、半经验模型和计算流体力学(CFD)等旋翼翼型动态失速研究方法的发展,... 详细信息

旋翼翼型的动态失速现象限制了直升机的最大飞行速度和机动性,并且其产生机理复杂、抑制困难,是直升机空气动力学领域持续关注的重点与难点问题。本文首先介绍了试验、半经验模型和计算流体力学(CFD)等旋翼翼型动态失速研究方法的发展,分析了不同方法的优缺点和适用范围。其次,梳理了旋翼翼型动态失速机理及气动外形、迎角及来流等参数影响机制的研究进展。综合对比发现,变来流-变迎角耦合状态的动态失速更符合旋翼桨叶剖面的流动特征,是未来旋翼翼型动态失速研究的重要方向之一。然后,阐述了旋翼翼型设计方法和设计理念的发展历程,分析了主流翼型定常设计与少数非定常设计理念的优缺点。分析结果表明,非定常设计可以获得既能缓解动态失速又能显著提高静态气动特性的翼型,综合考虑旋翼桨叶剖面运动与来流特征的非定常设计是当前旋翼翼型设计的一个新方向。最后,对旋翼翼型设计的未来发展方向进行了讨论,提出了旋翼翼型设计与旋翼桨叶一体化设计的多层级、多阶段发展设想。

关键词：旋翼翼型动态失速失速机理非定常设计未来发展

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整体涡旋流畸变下的压气机失速机理分析

空军工程大学学报（自然科学版） 2018年第1期19卷 20-25页

作者：张磊程邦勤纪振伟空军工程大学航空工程学院西安710038

为了研究跨声速压气机在整体涡旋流畸变下的失速机理,采用数值仿真方法对Stage35进行了整级数值模拟,研究了叶片通道流场中触发压气机失速的关键因素,分析了不同转速下,叶顶泄漏涡和径向涡在旋流畸变条件下的变化情况。结果表明:同向整... 详细信息

为了研究跨声速压气机在整体涡旋流畸变下的失速机理,采用数值仿真方法对Stage35进行了整级数值模拟,研究了叶片通道流场中触发压气机失速的关键因素,分析了不同转速下,叶顶泄漏涡和径向涡在旋流畸变条件下的变化情况。结果表明:同向整体涡能抑制叶背流动分离,使径向涡体积减小,叶顶泄漏涡减弱,叶顶通道堵塞程度减小,压气机稳定裕度增大;出现反向整体涡时,叶背气流分离加剧,径向涡体积扩大,低转速下,泄漏涡增强,堵塞区面积增大,高转速下,泄漏涡变化不大,但径向涡体积扩大引起流体向叶尖堆积,形成大面积的吸力面尾缘低速区,更容易导致压气机失稳。

关键词：旋流畸变整体涡泄漏涡径向涡失速机理

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宽窄扩压器失速机理模拟分析

轻工机械 2015年第3期33卷 33-37页

作者：徐玉梅刘丹丹谢俊良沈建杨健浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027

针对扩压器在小流量下失速的现象,利用FLUENT对单扩压器模型进行了数值模拟,分别对扩压器的稳定状态和失速状态进行了分析。在稳定状态下,扩压器进口的气体给定均匀、周向射流尾迹分布及轴向线性分布,结果表明轴向不均分布影响较大;而... 详细信息

针对扩压器在小流量下失速的现象,利用FLUENT对单扩压器模型进行了数值模拟,分别对扩压器的稳定状态和失速状态进行了分析。在稳定状态下,扩压器进口的气体给定均匀、周向射流尾迹分布及轴向线性分布,结果表明轴向不均分布影响较大;而在失速状态下,模拟了失速的发展过程,并分析结构参数对失速的影响,重点讨论了扩压器宽度的影响。结果表明,不同宽度的扩压器存在不同的失速机理。

关键词：离心压缩机扩压器失速机理数值模拟

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无叶扩压器旋转失速的机理与特性研究

无叶扩压器旋转失速的机理与特性研究

作者：徐玉梅浙江大学

学位级别：硕士

离心压缩机是典型的叶轮机械,广泛应用于国民经济的各个领域,然而其部件扩压器在小流量下却存在失速的不稳定流动现象,对失速现象进行研究对于提高压缩机的工况范围和可靠性具有重要意义。在军品配套研制项目一扩压器失速机理与预防技... 详细信息

离心压缩机是典型的叶轮机械,广泛应用于国民经济的各个领域,然而其部件扩压器在小流量下却存在失速的不稳定流动现象,对失速现象进行研究对于提高压缩机的工况范围和可靠性具有重要意义。在军品配套研制项目一扩压器失速机理与预防技术的支持下,本文针对无叶扩压器的失速问题开展研究,提出了宽窄扩压器失速机理分别为边界层分离和二维混流区失稳,采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行了论证,主要工作如下：首先,结合文献结果和本文的模拟结果,提出了宽窄扩压器分别对应边界层分离模型和二维混流区失稳模型的失速机理,并详细给出了两类失速模型的理论推导过程。其次,耦合叶轮和扩压器进行了三维数值模拟,在与文献的实验数据对比验证正确性后,着重讨论了扩压器宽度对于失速的影响,通过性能曲线比较和流场分析发现宽窄扩压器存在着完全不同的失速现象,证明了宽窄扩压器的不同失速机理。然后针对二维混流区失稳,在简化模型后,采用二维数值模拟详细研究了扩压器进出口半径比,射流-尾迹结构参数等对失速特性的影响。在均匀进口的理想条件下,给出了预测临界流量系数和失速团数目的关联式,预测值与模拟值吻合良好。最后针对收缩型扩压器,分析了收缩面的形状、位置、收缩度和长度等参数的对失速和性能的影响,得出关键的影响参数和较好的设计方案。本文对无叶扩压器的失速问题进行了初步的理论分析和数值研究,所得结论加深了对于扩压器失速机理和特性的认识,且将对后续实验设计与优化技术提供指导与参考。

关键词：扩压器叶轮失速机理失速特性射流尾迹宽径比数值模拟

转子叶尖尾缘端削对轴流压气机失速裕度的影响机理

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流体机械 2023年第5期51卷 70-76页

作者：史国华中国航发动力股份有限公司西安710021

针对某型航空发动机压气机转子叶片尾缘出现的叶尖掉块问题,设计了两种叶片尾缘端削方案,并评估了两种端削方式对压气机级性能的影响,揭示了压气机的失速机理及端削对失速裕度的影响机理。结果表明,端削使压气机的压比裕度降低约0.5%,... 详细信息

针对某型航空发动机压气机转子叶片尾缘出现的叶尖掉块问题,设计了两种叶片尾缘端削方案,并评估了两种端削方式对压气机级性能的影响,揭示了压气机的失速机理及端削对失速裕度的影响机理。结果表明,端削使压气机的压比裕度降低约0.5%,将压气机的流量裕度提升1%以上,整体上对压气机效率的影响较小;通过对流场的定量分析发现,压气机的失速由转子叶根附近叶片吸力面附面层的分离诱发;转子叶尖尾缘端削改变了整个叶高范围内流量的径向分布,并通过提高转子叶根附近的流量降低了附面层的分离程度,进而提升了压气机的流量裕度;采用叶片尾缘斜切的端削方式对压气机性能的影响更小,可以作为解决叶尖掉块的一种处理方法。

关键词：轴流压气机叶尖掉块叶尖尾缘端削失速裕度失速机理

离心压气机宽无叶扩压器旋转失速的诱发机理研究

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离心压气机宽无叶扩压器旋转失速的诱发机理研究

作者：李康华北电力大学

学位级别：硕士

微型燃气轮机广泛用于小型分布式发电及冷热电联供,其中离心压气机是微型燃气轮机中的重要设备之一,离心压气机在小流量工况下运行时会产生如旋转失速、喘振等非稳定流动现象。扩压器是离心压气机中的重要组成部件,宽无叶扩压器在较大... 详细信息

微型燃气轮机广泛用于小型分布式发电及冷热电联供,其中离心压气机是微型燃气轮机中的重要设备之一,离心压气机在小流量工况下运行时会产生如旋转失速、喘振等非稳定流动现象。扩压器是离心压气机中的重要组成部件,宽无叶扩压器在较大的工作范围具有较高的效率因而应用广泛。因此研究离心压气机宽无叶扩压器内部的失速诱发机理,对失速的主动控制及扩压器的优化设计具有重要意义。本文以带宽无叶扩压器的离心压气机为研究对象,对不同流量下扩压器内的流场进行研究。结果表明:无叶扩压器回流区首先出现在扩压器盘侧,随着流量系数的减小回流区在盘侧消失而出现在盖侧,流量系数进一步降低,扩压器两侧壁面都出现回流区,盖侧回流出现在扩压器入口处,盘侧回流则扩展到扩压器出口。由于壁面边界层分离涡及出口回流的存在,无叶扩压器内核心流发生畸变,继而诱发旋转失速。由模拟结果可知无叶扩压器内回流区和旋转失速没有必然的联系,回流区出现不一定导致旋转失速的发生。无叶扩压器入口流动角随着流量系数的降低而减小,无叶扩压器越宽,入口临界角对流量系数的变化越敏感。对离心压气机失速状态进行非稳态模拟,研究失速工况下无叶扩压器的流动特征。得到如下结论:当无叶扩压器宽度比为0.141,失速发生时扩压器入口临界流动角为12.3°,扩压器内失速团旋转速度为0.42倍叶轮转速,失速团数目为1,当流量系数进一步下降失速团个数由1个增大到4个。无叶扩压器宽度比为0.182时,失速发生时扩压器入口临界流动角为9.98°,扩压器内失速团旋转速度为0.38倍叶轮转速,失速团个数为3个。离心压气机宽无叶扩压器中离心叶轮转速增加会使失速临界角变小,而无叶扩压器宽度的增大会导致扩压器内失速团无量纲旋转速度下降。无叶扩压器旋转失速的形成过程如下:回流首先出现在扩压器出口边界,随着叶轮旋转,回流逐渐向扩压器内部扩展,形成和流道数目相同的回流区,随着时间发展,回流区逐渐壮大并相互合并形成稳定的低速流体团。最终形成的低速流体团以约40%的叶轮转速旋转,并且低速流体团还存在自转,其自转方向与叶轮旋转方向相反。

关键词：离心压气机无叶扩压器旋转失速数值模拟失速机理

进气畸变对跨声速轴流压气机气动影响的机理研究

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航空动力学报 2014年第2期29卷 374-383页

作者：李茂义袁巍陆亚钧宋西镇北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

利用插板模拟跨声速轴流压气机进口流场畸变.通过实验和数值模拟两种手段详细分析了进口畸变下跨声速压气机的流动特点、激波沿周向的分布以及压气机的失速机理.实验和数值模拟的结果表明:插板使压气机前的不同周向位置产生正、负预旋流... 详细信息

利用插板模拟跨声速轴流压气机进口流场畸变.通过实验和数值模拟两种手段详细分析了进口畸变下跨声速压气机的流动特点、激波沿周向的分布以及压气机的失速机理.实验和数值模拟的结果表明:插板使压气机前的不同周向位置产生正、负预旋流动;转子前速度的周向分布沿轴向是不断变化的,在距离转子较近时,畸变区的轴向速度反而较大;气流在过渡区A(转子进入低压区)时为正预旋,为非激波区;在过渡区B(转子退出低压区)和畸变区时为负预旋,为强激波区;过渡区的泄漏涡最强,是不稳定流动的诱发区域.

关键词：跨声速轴流压气机进气畸变激波结构泄漏涡失速机理

自适应流通处理机匣喷气位置对压气机性能的影响

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航空动力学报 2016年第5期31卷 1149-1158页

作者：张皓光吴俊王云鹏楚武利吴艳辉西北工业大学动力与能源学院西安710072 先进航空发动机协同创新中心北京100191

采用数值模拟方法研究了跨声风扇转子Rotor 67的失速机理和3个喷气位置的自适应流通处理机匣对转子性能的影响.结果表明:叶顶间隙泄漏涡中低速团是诱发失稳的主要原因;3个喷气位置的处理机匣均增大了压气机的稳定工作范围,喷气位置居中... 详细信息

采用数值模拟方法研究了跨声风扇转子Rotor 67的失速机理和3个喷气位置的自适应流通处理机匣对转子性能的影响.结果表明:叶顶间隙泄漏涡中低速团是诱发失稳的主要原因;3个喷气位置的处理机匣均增大了压气机的稳定工作范围,喷气位置居中和后移的处理机匣综合稳定裕度改进量分别为13.43%,9.47%,均大于前移的2.72%;喷气位置居中和后移有利于抑制间隙泄漏流的发展,减小低能流体泄漏范围;相比前移和居中,后移不能激励压力面前缘处的低速团和抑制低能流体从叶顶前部泄漏.

关键词：轴流压气机处理机匣喷气位置失速机理间隙泄漏流

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基于小波神经网络的无叶扩压器失速分析

航空动力学报 2008年第4期23卷 693-698页

作者：高闯谷传纲王彤舒信伟上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200030

用来自不同文献的实验数据作为样本,对小波神经网络进行训练,并利用训练好的神经网络研究叶轮和扩压器几何尺寸对无叶扩压器失速的影响.计算分析结果表明:几何尺寸对于宽、窄扩压器失速的影响表现不同,这也证明了不同宽度的扩压器的确... 详细信息

用来自不同文献的实验数据作为样本,对小波神经网络进行训练,并利用训练好的神经网络研究叶轮和扩压器几何尺寸对无叶扩压器失速的影响.计算分析结果表明:几何尺寸对于宽、窄扩压器失速的影响表现不同,这也证明了不同宽度的扩压器的确存在不同的失速机理.文章的结果,对无叶扩压器的设计具有一定的借鉴意义.

关键词：无叶扩压器、旋转失速小波神经网络失速机理