旋转进气畸变对压气机气动稳定性影响机理研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870215-S042学科分类号：082502硕士学位论文旋转进气畸变对压气机气动稳定性影响机理研究研究生姓名毛智明学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向叶轮机气动力学指导教师胡骏教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月I二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringInvestigationontheMechanismo

2、fEffectsofRotatingInletDistortiononCompressorAerodynamicStabilityAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyMaoZhimingAdvisedbyProf.HuJunSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015III南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本

3、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。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：V旋转进气畸变对压气机气动稳定性影响机理研究摘要压气机流动失稳现象的发生极大地限制了燃气涡轮发动机的工作范围，因此压气机的设计必须预留足够的稳定裕度以确保发

4、动机工作时不发生失稳。然而，进气畸变的存在会使压气机更容易发生流动失稳，对于多轴发动机，如果上游压气机出现了旋转失速现象，那么下游压气机将工作在周向旋转的低压区的影响下，即旋转进气畸变。本文将探究旋转进气畸变对压气机稳定边界的影响规律，分析其影响机理。在M-G模型基础上发展的二维不可压缩模型可计算均匀、非均匀进气条件下轴流压缩系统的动态失速特性，本文在模型中加入了方波形式的旋转进气畸变流场，定量分析了不同畸变转速、畸变幅值和畸变角对压缩系统稳定性的影响。设计了一台可变畸变角的旋转进气畸变发生装置，在二级低速轴流压气机上开展了90°、30

5、°、15°畸变角的各个畸变转速对压气机气动稳定性影响的实验。实验结果表明：旋转进气畸变的转速对压气机气动稳定性存在很大的影响，当畸变以某转速旋转时压气机的稳定裕度损失最大，称此转速为“危险转速”，并且此转速接近于完全发展的失速团传播速度。旋转进气畸变角的改变不会使“危险转速”产生变化，只是“危险转速”附近的边界点流量系数随着畸变角的减小而减小，而对其余转速下的边界点影响不大。结合模型计算和实验研究的结果，提出了旋转进气畸变对压气机稳定性影响机理的模型，该模型较好地解释了畸变以“危险转速”旋转时比其他转速下对压气机稳定性影响更大的原因。关

6、键词：轴流压气机，气动稳定性，旋转进气畸变，旋转失速，稳定边界VI南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTTheoccurenceofcompressorflowinstabilitieslimitsthestableoperatingrangeofturboengines.Thereforethecompressordesignmustprovideenoughstallmargintoeliminatethepossibilityofstall.However,inletdistortionsmaycausetheflowthr

7、owthecompressorstobecomeunstable.Foratwin-spooljetengine,ifrotatingstalloccursintheupstreamcompressor,thedownstreamcompressorwillworkintheinfluenceoftherotatingstallcell,ascalledtherotatinginletdistortion.Thispaperwillinvestigateontheinfluencepatternofrotatinginletdistor

8、tiontothecompressorstabilityboundaryandanalyzethemechanism.The2-DincompressiblemodelwhichbasedonM-Gmode