超音速压气机预压缩叶型设计方法及研究.pdf

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1、硕士学位论文超音速压气机预压缩叶型设计方法及研究STUDYONDESIGNMETHODFORPRE-COMPRESSIONBLADEPROFILEOFSUPERSONICCOMPRESSOR石超哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK472学校代码：10213国际图书分类号：621.438密级：公开工学硕士学位论文超音速压气机预压缩叶型设计方法及研究硕士研究生：石超导师：杜鑫讲师申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK472U.D.C:621.4

2、38DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONDESIGNMETHODFORPRE-COMPRESSIONBLADEPROFILEOFSUPERSONICCOMPRESSORCandidate：ShiChaoSupervisor：Dr.DuXinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDate

3、ofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要压气机单级压比的提高能有效提高推重比。提高单级压比一般从提高扭速和提高叶尖轮缘速度两方面着手，叶尖轮缘速度提高导致超音速压气机出现。气流静压升高主要通过激波实现，同时激波会带来流动损失，激波成为超音速压气机研究核心之一，而叶型对于激波的产生影响很大。因而本文针对超音速叶型设计，提出两种叶型参数化方法，深入研究预压缩设计及叶型几何参数改变对叶栅流道激波结构和气动参数的影响。本文首先以超

4、音速平面叶栅DLR-PAV-1.5为模型，进行数值方法和网格无关性验证，计算结果与实验吻合很好，证明数值方法的准确性。基于Levine唯一进气角原理，建立气流参数与吸力面型线的几何关系，提出吸力面叠加厚度分布的设计方法，研究了拱形和预压缩两种小折转角超音速叶型，保证进口马赫数与进口气流角等于给定值。基于该叶型设计方法，研究了叶型最大厚度、最大挠度及前缘半径等几何参数改变对叶栅流道激波结构和气动参数的影响。结果表明：在高进口马赫数下，超音速叶型不宜为拱形，预压缩设计可以减小前缘激波波前马赫数；最大厚度位置处于叶型中后部有利于组织激波分布，压比随挠度减小而增大，前缘半径

5、越小，叶型的气动性能越好。针对大折转角超音速叶型，提出直接构造吸、压力面的叶型设计方法，并进行吸力面进口段预压缩设计和压力面改型研究。结果表明：吸力面进口段合理的预压缩设计可以减小波前马赫数和吸力面后半段分离区，并在吸力面30%弦长处产生压力缓冲区，损失最大减少2.32%，但预压缩程度过大时，前缘激波由一道强激波变为一正一斜两道激波；在考虑合理预压缩设计后，进口段长度改变也对流场激波结构影响很大，且进口段不宜过短，当进口段长度由30%弦长增加到45%时，前缘激波脱体，并由一道强激波增压转化为多道弱激波组合增压，波前马赫数由1.3减小到1.2，损失最大减小3.34%；

6、压力面改型不会改变流场激波结构，并会使叶型整体气动性能下降。关键词：超音叶栅；压气机；叶型设计；预压缩叶型；激波结构-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCompressoristhecorecomponentofaeroengine,theincreaseofper-stagepressureratiocaneffectivelyimprovetheratioofthrusttoweight.Theimprovementofper-stagepressureratiocanachievebyimprovingthecircumferentialspe

7、edandthetwistspeed,highcircumferentialspeedleadtotheemergenceofsupersoniccompressor.Thestaticpressurerisecanachievebyshockwave,whileshockwavealsocauseenergylossandbecomeoneofthecoreproblemsofsupersoniccompressor,andbladeprofilehasagreatimpactontheshockwave.Thispaperproposetwodesignme