基于s1_s2流面耦合理论的航空发动机流道设计技术与研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870218-S062学科分类号：082502硕士学位论文基于S1/S2流面耦合理论的航空发动机流道设计技术与研究研究生姓名孙逸学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向发动机总体性能指导教师葛宁教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonEngineFlowpathDesignBasedonS1/S2FlowsurfaceCo

2、uplingTheoryAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringBySunYiAdvisedbyProf.GeNingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料

3、。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要发动机气动流道设计是在航空发动机设计初期确定发动机主要部件（风扇、压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管）的流道尺寸，以供发动机总体结构与内部各部件设计调用，是发动机初步设计时的核心任务。通过对流道的计算可以在方案论证阶段对整机尺寸有较为全面的掌握，确定总体方案能否满足设计要求。在整个设计过程中，流道和各部件设计需多次迭代和协调完成。精确合理的发动机2D流道初步设计方法

4、能准确预估发动机内部各部件的性能和尺寸，从而有效缩短迭代设计时间，同时基于流道设计结果和流道通流计算的2D总体性能研究也是发动机总体性能研究的发展趋势。本文主要研究基于S1/S2流面耦合理论的航空发动机流道设计技术，确定特征截面马赫数作为贯穿流道设计的核心参数，开发了基于特征截面马赫数给定下的发动机流道设计方法。为保证流道的光滑性，流道选用三阶贝塞尔样条曲线构型。本文根据某航改燃气轮机总体性能参数，应用S1流面叶轮机械设计方法设计了燃气轮机流道和压气机、涡轮叶型。本文改进了课题组原有S2通流计算程序并进行了验证，提高了一定的计算精度。随后，在NASARotor67、某3.5级风扇和普惠

5、E3高压涡轮三个算例中验证了基于周向平均的通流计算方法。然后采用通流计算方法分析了单部件与多部件耦合计算结果的差异，并选择风扇和高压压气机为研究对象对比分析了不同流道形式下的流道性能参数。计算结果表明部件和总体性能能较好的满足设计指标，证明本文的流道设计方法具备快速、可靠地生成发动机整机流道的能力。最后选取某涡扇发动机为研究对象，采用本文的流道设计和叶轮机械设计方法得到流道和叶型，接着用周向平均通流计算方法加以验证。对其风扇、低压涡轮、内外涵道、掺混段和尾喷管等部件进行了通流耦合计算，研究了各部件匹配与过渡段几何参数对发动机总体性能影响，设计状态下发动机沿程各截面计算特征参数与试验值最

6、大误差不超过5.0%。对比分析发现，风扇出口分流板控制涵道比并对风扇性能有一定影响。涡轮出口掺混段整流板对风扇和低压涡轮性能均有较大影响。通过调节过渡段几何参数，实现各部件性能匹配，达到发动机总体性能要求。关键词：流道设计，总体性能，S1/S2耦合，通流计算I基于S1/S2流面耦合理论的航空发动机流道设计技术与研究ABSTRACTIntheearlystageofaeroenginedesign,theflow-pathdesigndeterminestheflow-pathsizeofeachcomponentintheengine,whichisappliedtotheoveral

7、lstructuraldesignandtheinternalcomponentsdesign.Onthestageoftheprogramfeasibilitycalculationofflow-pathcangraspofthesizeofthemachinetodeterminethatwhethertheoverallprogramcanmeettherequirementsofmachinesize.Throughoutthedesi