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基于来流动量的叶根开槽对压气机叶栅角区分离的影响

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航空动力学报 2024年

作者：茅晓晨王昀煜陈璇焦英辰刘波西北工业大学动力与能源学院西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室中国航发湖南动力机械研究所

为控制压气机叶栅中的角区分离现象，以某高亚声速压气机叶栅为对象，通过参数化研究设计了一种基于来流动量的叶根开槽叶栅，并探究了其流动控制机理与低叶栅稠度下的自适应能力。结果表明，开槽叶栅能有效抑制角区分离，尤其对正攻角... 详细信息

为控制压气机叶栅中的角区分离现象，以某高亚声速压气机叶栅为对象，通过参数化研究设计了一种基于来流动量的叶根开槽叶栅，并探究了其流动控制机理与低叶栅稠度下的自适应能力。结果表明，开槽叶栅能有效抑制角区分离，尤其对正攻角下的角区失速流动控制效果显著，降低总压损失的同时也提高了叶片整体的负荷和扩压能力。然而，对于不同的分离形态其控制机理不同，在弱角区分离形态下，主要通过消除集中脱落涡从而减少了0%～25%叶高的总压损失，而对于角区失速形态，由于吸力面分离涡的削弱，显著降低了0%～40%叶高的总压损失。此外，与设计稠度(1.82)相比，更低的稠度下开槽叶栅的性能收益进一步提升。对于稠度为1.33时的开槽叶栅，全攻角范围内的总压损失平均降低29.53%，静压系数平均提高26.06%。因此，在不降低叶栅性能前提下，叶根开槽叶栅可进一步减小叶栅设计稠度，对提高航空发动机的推重比具有极大潜力。

关键词：压气机叶栅角区分离角区失速叶栅稠度涡系结构

叶尖间隙及转速增大对对转压气机非定常流场的影响研究

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航空动力学报 2024年

作者：刘波李敏张瑞辰茅晓晨西北工业大学动力与能源学院西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所

以两级轴流对转压气机（CRAC）为对象，研究了叶顶间隙耦合转速变化引起的流场非定常特性。在数值模拟结果的基础上，采用本征正交分解（POD）方法获取POD模态分布规律，进一步分析了近失速工况下叶顶间隙流场的流动特性。数值和FFT结... 详细信息

以两级轴流对转压气机（CRAC）为对象，研究了叶顶间隙耦合转速变化引起的流场非定常特性。在数值模拟结果的基础上，采用本征正交分解（POD）方法获取POD模态分布规律，进一步分析了近失速工况下叶顶间隙流场的流动特性。数值和FFT结果表明：随着叶尖间隙的增大，叶尖泄漏流增强，叶尖泄漏涡破碎加剧，引起的非定常波动范围增大，波动强度减弱；后排转子（R2）叶尖泄漏流波动频率提高；R2叶尖泄漏流溢出通道前缘并与相邻叶片前缘发生干涉是导致其前缘非定常性突增的原因。POD分析验证了上述的结论，并揭示了叶表静压波动区域产生的原因，还发现叶尖间隙增大导致前排转子（R1）的三维流场主导模态结构减小，R1高阶模态结构沿径向向叶根方向迁移。随着转速增大，上游转子对下游转子的干涉也随之增大。

关键词：对转压气机叶尖间隙转速叶尖泄漏流非定常流动 POD方法

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基于实测扭转度误差对叶片气动合格性探讨

工程热物理学报 2024年第3期45卷 707-714页

作者：但玥王浩浩高丽敏李瑞宇西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

在叶片实际加工过程中,不可避免会产生扭转度超差叶片,为探究其气动合格性,以跨声速叶片Rotor37为研究对象,首先将加工公差[-0.5°,+0.5°]添加至设计叶片,采用数值模拟的方法确定气动性能合格范围,分析性能变化规律;而后基于实测扭转... 详细信息

在叶片实际加工过程中,不可避免会产生扭转度超差叶片,为探究其气动合格性,以跨声速叶片Rotor37为研究对象,首先将加工公差[-0.5°,+0.5°]添加至设计叶片,采用数值模拟的方法确定气动性能合格范围,分析性能变化规律;而后基于实测扭转度误差均值及标准差,创建加工合格以及超差叶片,总结其气动合格性。研究结果表明:受扭转度误差影响,叶片特性曲线整体偏移,因此在选择近失速及峰值效率工况参数衡量稳定裕度的前提下,“欠偏转”叶片稳定裕度减小,而“过偏转”叶片的增大;以加工公差为参考,叶片超差区域与未超差区域的通流面积和攻角变化趋势相反,即两区域对叶片性能的影响存在抵消作用,使得存在超差叶片气动合格的情况。

关键词：跨声速压气机叶片加工误差扭转度气动性能

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平面叶栅风洞流场品质的被动调控策略

航空动力学报 2024年第7期39卷 217-228页

作者：蔡明高丽敏晋文浩雷祥福西北工业大学动力与能源学院西安710129 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710129

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高... 详细信息

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高负荷平面叶栅流场品质的调控策略.结果表明:两种调控方案均能够有效抑制上端壁区域的流场恶化,进而提升平面叶栅的来流准确性、流场周期性以及二维性.采用与平面叶栅理想中间流线相匹配的上端壁安装角和周向距离,以及尾板安装角时,两种方案对流场品质的提升效果最好.中间流线型上端壁组合出口尾板方案优于中间流线型上端壁方案,使叶栅中间3个叶片通道的进口马赫数偏差不超过±0.005,来流攻角偏差不超过±0.3°;叶栅进口和出口马赫数的周期性偏差不超过0.005,气流角的周期性偏差不超过0.3°;设计攻角下叶栅轴向速度密度比(AVDR)达到1.1,叶栅二维性较好.两种调控方案对叶栅大攻角工况的流场品质调节具有很好的适用性.

关键词：平面叶栅试验端壁改型尾板流场品质准确性周期性

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缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响

航空动力学报 2024年第6期39卷 259-274页

作者：王磊高丽敏茅晓晨郭彦超西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

为探究缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响规律,以双级对转压气机为研究对象,采用数值模拟的方法,开展了缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响研究。研究表明:缝式机匣处理下该对转压气机的失速初始扰动类型仍为突尖型失速... 详细信息

为探究缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响规律,以双级对转压气机为研究对象,采用数值模拟的方法,开展了缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响研究。研究表明:缝式机匣处理下该对转压气机的失速初始扰动类型仍为突尖型失速,机匣处理前移压气机的最先失速级由转子R2转换为转子R1,而机匣处理后移未改变该压气机的失速级。机匣处理前移抑制了转子R2前缘溢流的发生,降低了叶片通道内的非定常脉动强度,而转子R1在近失速工况下叶片前缘溢流加剧,主流和泄漏流的交界面被推出叶片通道,同时叶片通道内的非定常脉动强度增大,最终使得转子R1首先进入失速状态;机匣处理向转子R2下游移动,难以抑制前缘溢流的发生,虽然此时转子R1也出现了前缘溢流现象,但转子R2前缘溢流更剧烈,主流和泄漏流交界面的位置更远离叶片前缘,更容易使压气机发生失速。

关键词：对转压气机缝式机匣处理压气机失速最先失速级叶尖泄漏流

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波纹对高亚声叶型性能影响试验与机理分析

航空动力学报 2024年第7期39卷 229-237页

作者：杨光高丽敏王浩浩黄萍西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 中国航发四川燃气涡轮研究院四川绵阳621000

基于压气机叶片加工过程中出现的波纹现象,加工出4种波纹形式叶栅试验件并开展平面叶栅吹风试验,得到波纹对叶型性能及表面负荷的影响规律并进行机理分析.结果表明:叶背波纹现象整体上增加叶型损失.负攻角下,叶背波纹对流场的影响会传... 详细信息

基于压气机叶片加工过程中出现的波纹现象,加工出4种波纹形式叶栅试验件并开展平面叶栅吹风试验,得到波纹对叶型性能及表面负荷的影响规律并进行机理分析.结果表明:叶背波纹现象整体上增加叶型损失.负攻角下,叶背波纹对流场的影响会传播至叶背下游和叶盆,整体改变叶型表面压力分布.气流在波纹出现位置产生"加速-减速"的周期性更迭,波纹宽度直接决定了更迭的频次,不同的波纹初始相位影响叶背前缘区域加速趋势.叶背波纹会改变前缘"吸力峰"强度,波纹对叶型前缘转捩位置的作用机制与叶型自身特性有关,当波纹起始位置在原始叶型转捩位置前,吸力峰强度的变化会改变前缘转捩位置.

关键词：压气机波纹度平面叶栅试验气动性能前缘转捩

转速匹配效应影响下周向槽机匣处理对转压气机性能的影响

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航空动力学报 2024年第1期39卷 145-159页

作者：张冉刘波茅晓晨张博涛巫骁雄西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

采用数值模拟方法,通过分别在对转压气机(counter-rotating compressor,CRC)前后两排转子上进行周向槽机匣处理,研究了其在不同转速匹配方案下的扩稳效果以及对转压气机最先失速级的变化规律。结果表明:当前排转子R1转速高于后排转子R2... 详细信息

采用数值模拟方法,通过分别在对转压气机(counter-rotating compressor,CRC)前后两排转子上进行周向槽机匣处理,研究了其在不同转速匹配方案下的扩稳效果以及对转压气机最先失速级的变化规律。结果表明:当前排转子R1转速高于后排转子R2时,其最先失速级为R1,当R2转速等于或高于R1时,其最先失速级为R2。在对转压气机的最先失速级进行机匣处理可以有效改善所处理转子的叶尖附近流场,包括来流相对气流角的减小、叶尖泄漏流反向轴向动量的减小、叶尖泄漏流与主流交界面位置的后移及叶尖堵塞程度的减弱等,进而提升了其失速裕度。机匣处理一般仅能对所处理转子的流场产生较大影响,但在特殊情况下也会使非处理转子的流场发生明显改变。

关键词：对转压气机周向槽机匣处理转速匹配效应最先失速级扩稳机理

进气畸变及非轴对称端壁造型对紧凑型压气机中介机匣性能的影响

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航空动力学报 2024年第1期39卷 122-132页

作者：茅晓晨赵磊高丽敏刘锬韬吴瑜西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

为掌握畸变进气下非轴对称端壁造型对大径向落差长度比紧凑型压气机中介机匣气动特性的影响机制,采用数值模拟方法研究了畸变进气条件下中介机匣的流动特性,并进一步探索了轮毂非轴对称端壁造型对中介机匣内部流动结构和节流特性的影响... 详细信息

为掌握畸变进气下非轴对称端壁造型对大径向落差长度比紧凑型压气机中介机匣气动特性的影响机制,采用数值模拟方法研究了畸变进气条件下中介机匣的流动特性,并进一步探索了轮毂非轴对称端壁造型对中介机匣内部流动结构和节流特性的影响。结果显示:进气畸变下中介机匣出口流场高总压损失与畸变主要来源于轮毂表面附面层分离产生的旋流和支板角区分离的共同作用。采用提出的基于三角函数的非轴对称端壁造型方法可有效消除轮毂表面的分离螺旋节点和支板角区分离,使中介机匣性能得到明显提升,总压损失系数降低约11.4%,且畸变进气下轮毂端壁造型对中介机匣节流特性的影响规律与均匀进气不同。

关键词：压气机中介机匣进气畸变端壁造型节流特性

随机加工偏差下前缘超差对高亚音叶栅性能一致性影响

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空气动力学学报 2024年

作者：高丽敏杨光王浩浩但玥涂盼盼西北工业大学动力与能源学院西北工业大学动力与能源学院轻型涡轮动力全国重点实验室叶栅实验室

考虑到叶片实际加工前缘易超差，但叶片其他区域满足加工容差的现象，本文构建了耦合前缘超差的叶型全弧长范围内带有随机轮廓加工偏差的数学模型，并通过基于稀疏网格的非嵌入混沌多项式方法研究了加工偏差不确定性对高亚音扩压叶栅气... 详细信息

考虑到叶片实际加工前缘易超差，但叶片其他区域满足加工容差的现象，本文构建了耦合前缘超差的叶型全弧长范围内带有随机轮廓加工偏差的数学模型，并通过基于稀疏网格的非嵌入混沌多项式方法研究了加工偏差不确定性对高亚音扩压叶栅气动性能一致性的影响。结果显示，在设计攻角下，叶型损失系数和静压比的一致性最高；在大正攻角下，叶型性能参数一致性最低。造成性能一致性差的原因为前缘超差使得叶型前缘边界层内流动损失的平均水平和波动程度增大。当以设计叶型损失系数为±5%作为衡量标准时，在设计攻角和大正攻角下，叶型性能一致性概率分别为99%和79.4%，此时因叶片几何轮廓不符合容差而舍弃叶片会有较大的误判率。

关键词：前缘加工误差气动性能不确定性量化一致性