失速先兆抑制型机匣处理研究进展

《失速先兆抑制型机匣处理研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252015V01．36No．82529—2543ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／SLOOO一6893．2015．0153失速先兆抑制型机匣处理研究进展孙晓峰，孙大坤*北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191摘要：随着现代高负荷航空发动机推重比的不断提高，风扇／压气机流动稳定性问题目益突出，丽机匣处理是目前最有效的扩稳

2、技术措施之一。首先回顾了机匣处理扩稳设计的研究历程和所面临的技术困难，进而阐述了失速先兆抑制型(SPS)机匣处理的研究思路和基本原理。基于所发展的SPS机匣处理理论设计模型，针对亚声速风扇和跨声速压气机进行了扩稳效果评估，结果显示，可以使亚声速风扇TA36和跨声速压气机J69Stage的流量裕度分别提高7。6％和6．8％。然后通过实验验证了SPS机匣处理的有效性，亚声速风扇TA36和跨声速压气机J69Stage流量裕度分别提高5．5％和9．3％，综合失速裕度均能够达到12％以上。同时，SPS机匣处理在小穿孔率大背腔情况下能够保持

3、压气机原有的压升特性、峰值效率以及叶片径向负荷分布。最后，通过对失速先兆演化过程的对比分析发现，SPS机匣处理基于波涡相互作用改变了动力系统的阻抗边界条件，抑制了流场中的失速先兆的非线性放大，从而抑制旋转失速的发生。SPS机匣处理扩稳技术明显有别于传统机匣处理力图改变压气机尖区流动结构的扩稳思路，也完全不同于主动控制技术对消失速先兆波的研究策略，该技术为风扇／压气机流动稳定性控制提供了一种可供选择的技术途径。关键词：压气机；旋转失速；机匣处理；失速先兆；波涡相互作用中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1000—689

4、3(2015)08—2529—15目前单级风扇／压气机部件实验压比已达到2．2～2．4以上[1]。而理论上，压缩系统平均级压比只需要达到1．85，就能够设计出推重比为15～20的航空涡扇发动机。然而，从20世纪90年代初代表推重比为10量级的F119发动机诞生算起，20余载过去了，国内外研究人员为此付出了不懈努力，但推重比为20量级的发动机至今未见端倪。原因何在?诚然，影响航空发动机性能的因素纷繁复杂，甚至涉及诸多学科，但其中一点至关重要，那就是风扇／压气机流动稳定性问题。随着推重比的提高，叶片工作负荷不断增加，单级部件本已工作

5、在极限负荷状况下，加之运行工况变化复杂，多级压缩系统级间流场匹配愈发困难，使得压气机流动稳定性问题变得愈发严重，稳定性设计任务随之变得越来越艰巨。事实上，国内外研究人员一直在努力寻求先进、有效的流动扩稳控制技术，而机匣处理是目前最有效的扩稳控制技术措施之一，其结构简单、可靠性高、抗进气畸变能力强，在JT一9D、An一310、EJ200、甚至F119等发动机上均得到了应用。传统机匣处理设计大致经历了3个不同的研究阶段。初期研究重点放在究竟何种机匣处理结构形式能够改善失速裕度。为了优化机匣处理设计，其扩稳机理研究受到了极大关注。19

6、77年，Takata和Tsukuda[23认为槽道与主流之间的动收稿日期：2015．05—22；退修日期：2015-05．27；录用El期：2015—06—03；网络出版时间：2015—06-0409：25网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20150604．0925003．html基金项目：国家自然科学基金(51236001，51106154)；国家“973”计划(201208720201)；航空科学基金(2014ZB51018)*通讯作者．Tet，：010-82338262E—m

7、ail：sundk@buaa．edu．Cn斟用格武tSunXF．SunDK．Researchprogressesofstallprecursor-suppressedcasingtreatmenl[Jj．ActaAeronauticaetAstronauticaSini-ca．2015，36(8)：2529-2543i孙晓峰．孙大坤?失速先兆抑钢型机匣处理研究迸曩iJ]．航空学报．2015．36(8)：2529—2543航空学报Aug．252015V01．36No．8量交换以及再分配是轴向槽机匣处理影响裕度的主要原因。1984年

8、，Fujita和Takata[33进一步得出，机匣处理在起到扩稳作用的同时会以牺牲效率为代价，而且扩稳作用越强，流动损失越大。Smith和Cumpsty[4]认为机匣处理提供了一个流动通道从而有助于消除叶片压力面附近的堵塞。Lee和Greitzer[51发现处理