结合吸附技术的对转压气机改型设计.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252014V01．35No．123254．3263ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn结合吸附技术的对转压气机改型设计史磊1，刘波1’*，王雷2，巫骁雄1，曹志远11．西北工业大学动力与能源学院，陕西西安7100722．中航工业空气动力研究院，辽宁沈阳110000摘要：应用附面层抽吸技术和叶型优化设计方法对某双排对转轴流压气机进行了改型设计数值研究，旨在指导下一步的实验研究。近喘点时，原始出口导流叶片(OGV)尖

2、部叶型存在着严重的气流分离现象。优化设计后，气流在叶型前缘加速平缓，通道内回流区所占比例明显降低，OGV70％叶展以上的总压损失系数平均降低了38．4％，压气机等熵效率提高了0．3％。在转子2(Rz)尖部叶型66％弦长轮缘端壁处开设1mm宽抽吸槽，当近喘点的相对质量抽吸量为1％时，R。尖部的负荷水平改善明显，65％叶展以上等熵效率平均提高了10％。尖部流场的改善对于下游OGV产生了积极的效应，速度三角形的重构使轮缘端壁处的角区分离被限制在了很小的范围内，85％叶展以上的总压损失系数平均降低了25％。通过抽吸，压气机等熵效率又获得了0．5％的收益。关键词：附面层抽吸；叶型优化设计；对转压

3、气机；轮缘端壁；数值模拟中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)12—3254—10推重比是衡量航空动力发展水平的一个重要参数，高推重比航空发动机的研制一直是一个主要难题[1]。随着世界航空动力的不断发展，发动机推重比逐年攀高，由最初的3发展到现在的10左右，并正向15的目标进军。其中推重比10级的第四代发动机已经大批量生产并投入使用。先进的流动控制技术为未来发动机的发展提供了可能[2≈]。近年来随着加工水平的提升以及材料技术的发展，附面层抽吸技术得到了越来越多业界人士的关注。该项技术也逐渐从数值研究步入到实验验证阶段。20世纪90年代，美国麻省理

4、工学院一直主导着吸附式风扇和压气机的设计与实验研究工作，并且取得了一系列的研究成果，积累了丰富的设计经验[4。8]。英国帝国理工大学联合剑桥大学怀特实验室针对压气机内部存在的角区分离开展了实验研究[9]。法国国家航空航天中心开发了一套亚声速吸附式叶型设计程序[1们并于2012年6月发表了相关的实验研究文献[11

5、。德国宇航院在2013年公布了其在NA—CA65中间级压气机静子叶片上进行端壁附面层抽吸的数值计算与实验验证结果[12

6、。而国内在附面层抽吸的整级设计以及实验方面经验不足，仅有少量的研究成果[13。14]。因此有必要开展级环境下的相关研究工作。本文应用叶型优化手段和附面层抽吸技

7、术在一台双排对转轴流压气机上进行了数值研究，旨在增强近端壁处的流动能力，提高转子叶片工作效率，改善出口导流叶片(OGV)的流动状况，探索附面层抽吸的作用机理，为下一步对转压气机整级实验的开展奠定基础。收稿日期：2013-12．12；退修日期：2014-01-13；录用日期：2014—02—23；网络出版时间：2014-03-0512：40网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／10．7527／$1000—6893．2013．05340html基金项目：国家自然科学基金(51236006)*通讯作者Tel：029—88492745E—mail：liub0704@nwp

8、u．edu．cn引搠格武IShiL，uuB，WangL．etal．Redesignofcounter-rotatingcompressorwithboundarylayersuction(JJ．ActaAeronauticaetAstro．nauticaSinica．2014。35(12)：3254-3263．史磊．朝波，I雷．等．结合吸附技术的对转压气机改型设计!妇航空学报．2014，35(12)：3254—3263j史磊等：结合吸附技术的对转压气机改型设计关于该对转压气机附面层抽吸的相关数值研究已经开展了一些工作口5’17]，结果表明附面层抽吸可以比较明显地提高对转压气机的性能，改

9、善局部流动状况。在充分借鉴已有数值结果的基础上，综合考虑加工成本、安装可行性以及实验测量手段，确定本文的叶型优化设计结果以及抽吸方案。1研究对象本文的研究对象为西北工业大学双排对转轴流压气机，其照片如图1所示。对转压气机包含进口导流叶片(IGV)、转子1(R。)、对旋转子2(Rz)、OGV，沿着气流运动方向看，R，顺时针旋转，Rz逆时针旋转。设计转速为±8000r／min，设计状态下的质量流量为6．4kg／s，压比为1．22。表1给出了对转压气