反推状态下大涵道比涡扇发动机气动稳定性预测与评估

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252017V01．38No．2SSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．eduCnhkxb@buaa．edu．cn反推状态下大涵道比涡扇发动机气动稳定性预测与评估王志强1’*，沈锡钢2，胡骏11．南京航空航天大学能源与动力学院，南京2100162．中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015摘要：为了预测与评估反推状态下，反推气流再吸入对大涵道比涡扇发动机气动稳定性的影响，采用反推气流扰流流

2、场三维CFD数值模拟、发动机整机稳定性计算分析以及反推状态下发动机进气畸变台架试验相结合的方法，开展了反推气流对大涵道比涡扇发动机气动稳定性影响的研究。通过三维CFD数值模拟手段，捕获了反推状态下发动机进口流场的畸变程度。在此基础上，通过采用稳定性计算程序预测了发动机的气动稳定性，并进一步通过发动机台架试验，验证了预测结果。CFD计算结果表明，随着相对来流马赫数的减小，反推气流被发动机重新吸入的可能性不断增大，当相对来流马赫数减小到0．05时，外侧发动机进El的流场畸变情况变得最为严重。进气畸变情况下的整机稳定

3、性计算分析以及发动机台架试验结果表明，在所考核的目标状态，若只存在因反推气流再吸入引起的进口流场畸变，是不会导致发动机失稳的。关键词：大涵道比涡扇发动机；反推力装置；反推气流再吸入；流场畸变；气动稳定性；数值模拟；试验验证中图分类号：V235．15文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)02120192—11目前，我国无论是在军用运输机还是在民用大飞机的项目中，都在全力推进大涵道比涡扇发动机的研制。该类型发动机的最大特点就是长寿命和高可靠性，所以气动稳定性问题必然是大涵道比涡扇发动机能否研制成功的

4、关键问题[1‘2]。反推力装置被航空界公认为是大涵道比涡扇发动机排气系统的常设部件，可显著缩短大型飞机的着陆滑跑距离(在潮湿和结冰的跑道上的作用尤为突出)，并可用于紧急停止滑跑起飞和着陆不成功时的迅速复飞，其中在军用飞机方面还可提高飞机的机动性能，保证飞机在应急状态下安全、迅速、准确地着陆。但是反推装置打开后，反推气流很有可能会被发动机重新吸入，造成发动机进口流场的畸变，从而导致发动机进入旋转失速或喘振的不稳定工况，严重威胁飞行安全[3巧]。一方面，由于我国的大涵道比涡扇发动机的研制尚处于起步阶段，缺少相应的研

5、制基础和工程经验，大涵道比涡扇发动机的研制对于我国来说是一个全新的挑战，对于大涵道比涡扇发动机气动稳定性问题的认识更是有待于全面提高¨1；另一方面，反推力装置是大涵道比涡扇发动机中特有的一类机构，在涡喷以及小涵道比的涡扇发动机中几乎不会采用。经过长期的工程实践，我国在涡喷以及小涵道比涡扇发动机的稳定性分析收稿日期：2016—03—07；退修日期：2016—04．20；录用日期：2016—05—06；网络出版时间：2016—05—2314：31网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11192

6、9．V．201605231431．004．htmI基金项目：中国博士后科学基金(2014M551590)*通讯作者E—mail：wangzql981@126．com引用格武iI志强，沈锡钢。胡骏，反推状态下大涵道比涡扇发动机气动稳定性预溯s评估!J]．航空学报．2017。38(2)：120192．WANGZQ，SHENXG，HUJ．Predictionandevaluationofaerodynamicstabilityofhighbypassratioturbofanenginedeployedwiththr

7、ustreverser[JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica。2017，38(2)：120192j120192．1航空学报与评定方面具备了一定的基础。在反推装置没有打开时，大涵道比涡扇发动机的稳定性分析和评定可以参考和借鉴小涵道比涡扇发动机的方法。但是，目前我国的大涵道比涡扇发动机及其反推力装置的研制正处在起步阶段[7]，虽然取得了一定的成果，但是设计人员关注的重点还局限于反推力装置的性能，而对于反推气流再吸人造成的发动机气动稳定性的问题，由于缺少相应的分析和评定方法，还

8、没有开展相关的研究。反推装置打开后，反推气流对发动机气动稳定性的影响，则是研发人员面临的全新难题，而且这一问题又是大涵道比涡扇发动机研制过程中，无法回避的关键问题。为了解决大涵道比涡扇发动机设计过程中所面临的这一技术难题，加深对大涵道比涡扇发动机气动稳定性特点的认识，为发展大涵道比涡扇发动机的气动稳定性分析和评定方法奠定一定的技术基础，降低大涵道比涡扇发动机的研制风险，本文以某型大涵道