鼓包前缘在高负荷大弯角静叶中的应用研究

摘要

随着现代航空工业的发展，具备高推重比、高效率的航空发动机的研制能力是一个国家国防科技实力的体现。压气机作为航空发动机的关键部件，其增压比和效率直接影响航空发动机的技术指标。随着发动机推重比不断提升，压气机单级负荷逐渐提高，静叶叶型弯角逐渐增大，内部流动更加复杂，不断挑战高性能、高稳定性压气机设计技术。 传统设计方法提升压气机性能愈发困难，鼓包前缘叶片作为一种基于仿生学原理的新型设计方法，为压气机叶片设计开辟了一条新思路。本文首次尝试将鼓包前缘设计应用于叶型弯角很大的高负荷压气机静子叶片中，探索鼓包前缘对流场的作用机理，研究鼓包前缘静叶对压气机气动性能及稳定性的影响，本文研究内容包括： （1）开展了全叶高鼓包前缘大弯角静子叶栅气动性能数值模拟研究，包含对不同叶型弯角、鼓包前缘设计参数、不同负荷条件下的鼓包前缘大弯角静子叶栅气动性能的数值模拟。结果表明：鼓包前缘可以在静子叶栅大攻角工况显著降低叶栅的总压损失，提升叶栅的气动性能；鼓包幅值Am对叶栅的性能影响明显，而鼓包个数影响相对较小；鼓包前缘对流场的影响是由于前缘位置形成的对涡结构，造成了前缘附近气流的径向迁移，从而改善了流场结构，提升了叶栅的性能； （2）开展了部分叶高鼓包前缘大弯角静子叶栅气动性能数值模拟研究。结果表明：采用鼓包前缘部分叶高分布可以提升叶栅的气动性能，对于叶栅的性能提升作用仅存在于有鼓包分布的区域，对于没有鼓包的区域没有作用，在鼓包分布80%叶高范围时鼓包前缘叶栅的气动性能最佳； （3）开展了鼓包前缘静叶对某四级高负荷压气机第一级性能和稳定性影响数值模拟研究。结果表明：鼓包前缘静叶在大部分工况下可以增加压气机的效率和总压比；鼓包前缘可以明显改善压气机端壁区流场，减小角区分离的范围，拓宽压气机的稳定工作范围。 综上所述，鼓包前缘可以用于高负荷大弯角压气机静子，不仅能够提升压气机的气动性能，还能够拓宽压气机的稳定裕度。

目录

第一个书签之前