跨音速轴流压缩机性能预测逐排模型研究

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1、跨音速轴流压缩机性能预测逐排模型研究孙娜吴虎/西北工业大学王洪波/93357部队摘要：使用准一维逐排模型预测两台跨音速轴流压缩机的总性能，并与试验数据对比。结果表明：使用选定的参考攻角、损失和落后角模型的逐排模型能够有效地预测轴流压缩机的总性能，计算结果与试验数据吻合较好。关键词：轴流式压缩机；跨音速；性能；预测中图分类号：TH453文献标识码：B文章编号：1006-8155（2008）06-0020-05ResearchoftheBlade-by-BladeModelforPredictingthePerformanceofTransonicAxial-flowCompr

2、essorsAbstract:Inthispaper,quasi-one-dimensionalblade-by-blademodelisusedtopredicttheoverallperformanceoftwotransonicaxial-flowcompressorsandthecomputationresultiscomparedwiththetestdata.Theresultshowsthattheblade-by-blademodelwiththeselectedreferencepower-anglemodel,lossmodelanddeviationa

3、nglemodelcaneffectivelypredicttheoverallperformanceofaxial-flowcompressor.Andthecomputationresultisconsistentwiththetestdata.Keywords:axial-flowcompressor;transonic;performance;prediction0引言随着航空科学技术的不断发展，要求现代飞机发动机能够更加高效、稳定、可靠地工作，这就对压缩机在性能、效率、稳定工作范围等方面提出了更高的要求。所以设计一种新的、高效的、宽稳定工作范围的轴流压缩机对提高整

4、台航空发动机的性能有着重要的意义。因此，准确获得轴流压缩机非设计点性能至关重要。目前，预测轴流压缩机特性的方法大致可以分为一维级叠加法、二维流线曲率法、准一维逐排模型和三维CFD法。一维级叠加法主要是建立在压缩机原有的特征线的基础上的，有很大的局限性，且预测结果误差也较大；二维的流线曲率法通过在子午面上沿计算站方向求解完全径向平衡方程来求解压缩机的整体性能，这种模型更常用于给定压比和温升的情况下设计叶片的几何尺寸；三维的CFD算法通过直接求解Navier-Stokes方程，可以获得较准确的结果，但是也存在了耗时长等问题。同时它还必须要求使用准确和可靠的湍流模型；相较于前3种

5、模型而言，考虑到三维流场影响的准一维逐排模型，因为其输入要求少、计算时间短，计算结果精度高等优点，在工程中可以得到广泛的应用。本文对公开文献中的参考攻角、损失、落后角模型进行了归纳与整理，建立了若干套损失、落后角模型；使用准一维逐排模型，编制了一套程序计算单级和两级跨音速轴流压缩机的性能，并将计算结果与试验数据进行比较，证明了该方法的可行性。1模型与方法1.1准一维逐排模型概述————————————收稿日期：2008-03-21西安市710072根据压缩机已知进口的总温、总压、流量、面积和转速等参数，解出压缩机进口截面平均半径处的速度三角形，根据叶片排的几何关系和叶栅特征

6、关系，又可解得出口处的速度三角形。将此出口参数可作为下一级的进口参数，从而可计算得到下一级的出口参数。重复此过程，直至求得整台压缩机的性能参数，计算流程图见图1。7图1准一维逐排模型计算流程图1.2损失落后角模型概述在逐排模型计算中需要输入的参数：参考攻角、参考落后角、最小损失、非设计点落后角和非设计点损失[1]。通过对公开文献中的参考攻角、损失、落后角模型的归纳整理，选取了若干套模型，如表1～表5所示。表1参考攻角模型参考攻角Lieblein[2]LiebleinModified[3]Miller[4]SP-36[5]表2参考落后角模型参考落后角NASA(Lieblein

7、)[2]Carter[6]CarerModified1[4]CarterModified2[7]表3非设计点落后角模型非设计点落后角Creveling[8]Johnsen[2]Howell[7]Swan[2]Jansen[2]表4最小损失模型最小损失Koch&Smith[9]Lieblein[2]Swan[9]Johnsen[2]KÖnig[2]表5非设计点损失模型非设计点损失Creveling1[8]Jansen&Moffat[2]Howell[7]Creveling2[7]Swan[2]KÖnig[2]Case