大涵道比涡扇发动机整机稳定边界预测方法

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1、第43卷第1期2013年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．1Jan．2013大涵道比涡扇发动机整机稳定边界预测方法赖安卿1，胡骏1，赵运生1，刘超2(1．南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016；2．上海空间推进研究所，上海201112)摘要：为了评估风扇／压气机在整机环境下的稳定边界，采用加源项的一维欧拉方程构建小扰动线性化的发动机整机控制方程组，建立了大涵道比涡扇发动机稳定性分析模型，利用李雅普诺夫稳定性理论，对其整机环境稳定边界进行了评估分

2、析。计算结果表明，风扇／压气机在整机环境和单独部件环境下稳定边界存在差异。风扇整机环境稳定边界和部件环境稳定边界基本重合，整机环境稳定裕度略有减小；增压级整机环境稳定边界下移，可用稳定裕度减小；高压压气机随着换算转速降低整机环境稳定边界下移，稳定裕度减小。关键词：涡扇发动机；大涵道比；稳定边界；数值模拟中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671．654x(2013)01．0081．04N哪eri明lSimulationofAerody腑nlicStabiUtyLilIlitofIIighByp嬲sTur

3、bofanEn酉neLAIAn—qin91，HUJunl，ZHAOYun．shen91，UUCha02(1．coZ始eQ厂E聊嘞，o以P0训erE昭i珊e^昭，Ⅳ0，彬昭踟i∥e耶妙Q厂Aeron口u￡如。蒯As￡r0Mu￡扔，讹彬昭210016，吼inn；2．Js危n啦oi风疵“把矿印∞eP九Dp“厶ion，跏on曲oi201112，饥i舳)Abstract：Inordertoestimatetheaemdynamicstabilityoffan／compressorintheturbofanengine，theh

4、ighbypassturbofanenginewasmodeledbyone—dimensionEule西equationcouplingwiththesmaUpenurba-tionmethodlinearizedthegovemingequationandthesurgelinewaspI．edictedadoptingtheLyapunovsta-bilitytheoIy．Theresultsshowthatthereissomedif．ferenceofthestabilitylimitbetweenthei

5、solatedcom-ponentandturbofanengineenVironment．ConsideringFaninturbofanengineenVimnment，thesurgelineisidenticaltotheoneinis01atedcomponentsituationandthestabilitymargindecreasesslightly；thesu唱e1ineofboosterintheturbofanengineislower，comparedwithis01atedenvironme

6、nt，andthestabilitym卅ginreducessignificantly；thedif玷renceofhighpressurecompressorstabilitylimitincreasesandtIlestabil—itymargindecI℃asesasthecon-ectedspeedI℃duces．KeyworIls：turbofan；highbypass；aemdynamicstability；numericalsimulation引言发动机稳定性研究的基本任务是在兼顾发动机性能要求的同时保

7、证发动机的稳定性。如何保证发动机的稳定性可归结为在全包线范围内的各种状态下是否满足下列条件：原始可用稳定裕度大于需用稳定裕度。所谓原始可用稳定裕度就是“无畸变”条件下发动机的稳定裕度，其核心问题是在均匀进气条件下发动机稳定边界的确定或预测⋯。早在20世纪50年代，美国NACA就已专门研究压气机的稳定性问题。半个世纪以来，各国对稳定性的研究从未间断过。但是过去的研究工作都是以孤立压气机为研究对象，无论是试验怛。1还是数值模拟”。7j，均是以压气机部件加上进口管道以及出口排气容腔为研究对象。采用这种形式来研究压气机的稳定

8、性，从研究压气机稳定性本身来说是很有利的。因为在这样的环境下，压气机进出口条件容易改变，因此可以对压气机的稳定性进行充分而详尽的研究。但是，在发动机中，压气机并不是作为一个孤立部件存在，而是在发动机整机环境下工作。Greitzer旧。91研究发现压气机与其下游部件扩压器存在很强的耦合效应，扩压器的存在导致失速点流量增大，抗畸变能力下降。由于压气