航空发动机

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/03/29 22:29:50
高压比串列风扇气动设计《燃气涡轮试验与研究》2014年12月,第27卷第6期

收稿日期:2014-07-15;修回日期:2014-12-15
基金项目:航空基金(2013ZB24005,2011ZB24002)
作者简介:尹红顺(1961-),男,湖北黄石人,研究员,主要从事航空发动机压气机研制工作。

高压比串列风扇气动设计
尹红顺,周拜豪,余华蔚,曹志鹏
(中国燃气涡轮研究院,成都610500)
1 引言
未来高性能飞机要求涡扇发动机重量不断减轻、推重比不断提高,因此风扇向着级压比越来越高、级数越来越少的方向发展。单级压比3.0以上的风扇,通常考虑利用斜流和离心式结构来实现。目前,离心压气机的单级压比最高能达到12,但其迎风面积大、效率低,适合在小流量发动机上使用。斜流压气机的增压能力介于轴流压气机和离心压气机之间,效率比离心压气机高,但目前国外研制的斜流压气机流量也较小。轴流压气机方面,国外预研的吸附式、大小叶片单级风扇压比为3.0~3.5,国内开展过单级压比3.6的大小叶片风扇方案研究,但对于单级压比4.5以上的高通流、高效率风扇,国内外没有公开的相关研究资料

提高风扇级压比有两条途径:一是增大转速,二是增大气流转折角。转速的增大受风扇本身结构、强度及与涡轮转速匹配的限制,且会使叶片进口的相对马赫数超声,从而产生较大的激波损失,造成效率下降。增大气流转折角不受上述条件约束

摘要:

以提高单级风扇压比为目标,深入研究已有高压比风扇技术,提出一种新型双排串列、斜流风扇结构

针对串列风扇气动布局的新特征,发展了串列风扇通流设计方法及基于非均匀有理B样条叶型中线生成方法。利用新建立的气动设计系统,进行了串列风扇气动布局设计与分析,开展了高负荷串列叶片流动匹配研究,并采用三维造型等多项先进技术,成功实现了进口全超声串列静叶设计

三维数值模拟结果显示:新结构串列风扇动叶之间流动匹配良好,超声静叶激波后的流动分离得到有效控制,高负荷条件下串列风扇仍保持良好性能



=====================================


5 结论
深入研究国内外高压比、高负荷风扇技术,提出了一种新型双排串列、斜流风扇结构。为适应新风扇结构,发展了串列风扇通流设计方法及基于非均匀有理B样条叶型中线生成方法。利用发展的新气动设计系统完成了串列风扇设计,并采用三维CFD软件对其进行了模拟分析,得出以下主要结论:

(1) 串列风扇通流计算方法以常规结构压气机的通流方法为基础,针对串列风扇结构进行了适应性修改,通过优化程序模块,提高了数据传递的准确性。经三维流动分析,设计程序精度得到校核,二维通流设计程序的应用范围进一步扩展。

(2) 基于非均匀有理B样条中线的基元叶型设计方法,在串列风扇动叶和静叶设计中得到了应用。通过任意选定8个节点来控制中线形状的方式十分灵活,满足高负荷叶型载荷优化要求,为叶型局部载荷控制提供了有利工具,对串列风扇动叶尖部和静叶根部叶型设计起到了重要作用。三维数值模拟结果显示,采用新方法设计的叶片有效降低了流动损失,提高了级间流动匹配,具有良好的应用前景。

(3) 超声速静叶设计技术是单级高压比串列风扇的一项关键技术,超声速静叶设计是否成功直接决定串列风扇的整体性能。三维数值模拟结果显示,基于非均匀有理B样条中线的基元叶型设计方法结合三维“弯”“掠”设计技术,降低了超声速静叶的损失,优化了动、静叶之间及串列叶片排之间的流动匹配,使串列风扇保持了良好的气动性能。

(4) 对于压比4.5的单级风扇,技术难度大,无可借鉴工程经验,本文通过通流、叶型方法研究,气动方案设计及三维数值模拟分析,深入论证了双排串列、斜流风扇这种新结构的可行性。目前,串列风扇性能基本达到设计指标,后期若能开展深入研究,其性能还有很大提升空间

上述结果表明,串列风扇方案可行性较好,已形成阶段性成果,为开展后续工作奠定了良好的基础。




全文下载:无免费链接,请自力更生!高压比串列风扇气动设计《燃气涡轮试验与研究》2014年12月,第27卷第6期

收稿日期:2014-07-15;修回日期:2014-12-15
基金项目:航空基金(2013ZB24005,2011ZB24002)
作者简介:尹红顺(1961-),男,湖北黄石人,研究员,主要从事航空发动机压气机研制工作。

高压比串列风扇气动设计
尹红顺,周拜豪,余华蔚,曹志鹏
(中国燃气涡轮研究院,成都610500)
1 引言
未来高性能飞机要求涡扇发动机重量不断减轻、推重比不断提高,因此风扇向着级压比越来越高、级数越来越少的方向发展。单级压比3.0以上的风扇,通常考虑利用斜流和离心式结构来实现。目前,离心压气机的单级压比最高能达到12,但其迎风面积大、效率低,适合在小流量发动机上使用。斜流压气机的增压能力介于轴流压气机和离心压气机之间,效率比离心压气机高,但目前国外研制的斜流压气机流量也较小。轴流压气机方面,国外预研的吸附式、大小叶片单级风扇压比为3.0~3.5,国内开展过单级压比3.6的大小叶片风扇方案研究,但对于单级压比4.5以上的高通流、高效率风扇,国内外没有公开的相关研究资料

提高风扇级压比有两条途径:一是增大转速,二是增大气流转折角。转速的增大受风扇本身结构、强度及与涡轮转速匹配的限制,且会使叶片进口的相对马赫数超声,从而产生较大的激波损失,造成效率下降。增大气流转折角不受上述条件约束

摘要:

以提高单级风扇压比为目标,深入研究已有高压比风扇技术,提出一种新型双排串列、斜流风扇结构

针对串列风扇气动布局的新特征,发展了串列风扇通流设计方法及基于非均匀有理B样条叶型中线生成方法。利用新建立的气动设计系统,进行了串列风扇气动布局设计与分析,开展了高负荷串列叶片流动匹配研究,并采用三维造型等多项先进技术,成功实现了进口全超声串列静叶设计

三维数值模拟结果显示:新结构串列风扇动叶之间流动匹配良好,超声静叶激波后的流动分离得到有效控制,高负荷条件下串列风扇仍保持良好性能



=====================================


5 结论
深入研究国内外高压比、高负荷风扇技术,提出了一种新型双排串列、斜流风扇结构。为适应新风扇结构,发展了串列风扇通流设计方法及基于非均匀有理B样条叶型中线生成方法。利用发展的新气动设计系统完成了串列风扇设计,并采用三维CFD软件对其进行了模拟分析,得出以下主要结论:

(1) 串列风扇通流计算方法以常规结构压气机的通流方法为基础,针对串列风扇结构进行了适应性修改,通过优化程序模块,提高了数据传递的准确性。经三维流动分析,设计程序精度得到校核,二维通流设计程序的应用范围进一步扩展。

(2) 基于非均匀有理B样条中线的基元叶型设计方法,在串列风扇动叶和静叶设计中得到了应用。通过任意选定8个节点来控制中线形状的方式十分灵活,满足高负荷叶型载荷优化要求,为叶型局部载荷控制提供了有利工具,对串列风扇动叶尖部和静叶根部叶型设计起到了重要作用。三维数值模拟结果显示,采用新方法设计的叶片有效降低了流动损失,提高了级间流动匹配,具有良好的应用前景。

(3) 超声速静叶设计技术是单级高压比串列风扇的一项关键技术,超声速静叶设计是否成功直接决定串列风扇的整体性能。三维数值模拟结果显示,基于非均匀有理B样条中线的基元叶型设计方法结合三维“弯”“掠”设计技术,降低了超声速静叶的损失,优化了动、静叶之间及串列叶片排之间的流动匹配,使串列风扇保持了良好的气动性能。

(4) 对于压比4.5的单级风扇,技术难度大,无可借鉴工程经验,本文通过通流、叶型方法研究,气动方案设计及三维数值模拟分析,深入论证了双排串列、斜流风扇这种新结构的可行性。目前,串列风扇性能基本达到设计指标,后期若能开展深入研究,其性能还有很大提升空间

上述结果表明,串列风扇方案可行性较好,已形成阶段性成果,为开展后续工作奠定了良好的基础。




全文下载:无免费链接,请自力更生!
没看懂,感觉很牛!
轴流压气机方面,国外预研的吸附式、大小叶片单级风扇压比为3.0~3.5,国内开展过单级压比3.6的大小叶片风扇方案研究,但对于单级压比4.5以上的高通流、高效率风扇,国内外没有公开的相关研究资料。


(4) 对于压比4.5的单级风扇,技术难度大,无可借鉴工程经验,本文通过通流、叶型方法研究,气动方案设计及三维数值模拟分析,深入论证了双排串列、斜流风扇这种新结构的可行性。目前,串列风扇性能基本达到设计指标,后期若能开展深入研究,其性能还有很大提升空间

dddd_dh_2008 发表于 2015-9-25 21:56
**** 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽 ****
对于压比4.5的单级风扇,技术难度大,无可借鉴工程经验,本文通过通流、叶型方法研究,气动方案设计及三维数值模拟分析,深入论证了双排串列、斜流风扇这种新结构的可行性。目前,串列风扇性能基本达到设计指标,后期若能开展深入研究,其性能还有很大提升空间。
-------------------------------------
真到了这个压比,整机玩对转风扇/压气机+对转涡轮算了,这样整机只有4级转子2级定子。长度之短。。。。。
xtal 发表于 2015-9-28 13:42
对于压比4.5的单级风扇,技术难度大,无可借鉴工程经验,本文通过通流、叶型方法研究,气动方案设计及三 ...
"
真到了这个压比,整机玩对转风扇/压气机+对转涡轮算了,这样整机只有4级转子2级定子。长度之短。。。。。
"
有利于提升垂直起降发动机的升力风扇性能指标吗?
前天还在飞机上碰见此文作者