亞聲速重復級壓氣機試驗臺氣動與結(jié)構(gòu)設計.pdf

1、壓氣機作為航空發(fā)動機核心機和燃氣輪機的三大部件之一，其性能的提高一直以來受限于其內(nèi)部氣動流場的準確認識。目前，進行氣體動力學研究的方法主要有理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究。其中實驗研究因其真實可靠，對另外兩種方法有著檢驗和指導作用，在氣體動力學研究上具有不可替代的作用。低速壓氣機試驗臺是諸多實驗裝置中較為特別的一種，相對于簡單的風洞葉柵試驗它能夠更真實地模擬并測量實際工作狀態(tài)下的壓氣機流場，而相對于高跨聲速壓氣機試驗臺他又有著測量精度高、

2、試驗成本低等突出優(yōu)點，因而在實驗領域廣受研究者的關(guān)注。
　　大連海事大學遼寧省船用小型燃氣輪機技術(shù)重點實驗室在參考國內(nèi)外已有的壓氣機實驗臺參數(shù)上，擬建設一臺亞聲速重復級壓氣機試驗臺，從而為壓氣機三維流場的研究提供更翔實而準確的實驗數(shù)據(jù)。本文的研究目的就是為該壓氣機試驗臺進行初步的氣動設計和結(jié)構(gòu)設計。
　　首先，借助于NREC完成了氣動設計部分的任務。由于設計目標是重復級的壓氣機，本文先進行了單級壓氣機的設計，之后將性能優(yōu)異的

3、單級進行復制后附于原級之后與原有級共同組成雙級的壓氣機。設計過程中，在求解簡單徑向平衡方程的基礎上，采用等環(huán)量扭曲方法對動葉進行了扭葉片的設計，靜葉采用直葉片，其葉型根據(jù)葉片中徑的速度三角形進行設計。在完成了100mm、150mm和200mm三個弦長的單級設計之后，采用NUMECA軟件對三種弦長的單級壓氣機進行三維數(shù)值模擬，結(jié)果顯示，后兩個弦長的設計表現(xiàn)出了更為優(yōu)異的性能和更好的流場。
　　而后續(xù)對這兩個弦長的雙級設計通過模擬結(jié)果

4、的分析發(fā)現(xiàn)，150mm弦長的雙級設計流場惡化嚴重，從而使得該弦長設計的整機性能參數(shù)不能滿足預定的目標。另外，考慮到流場測試的空間便利性要求，最終選定了200mm弦長的設計方案。
　　之后，對選定設計進行了4個非設計轉(zhuǎn)速工況的數(shù)值模擬，得到了各工況下的壓氣機特性曲線。各個轉(zhuǎn)速下的特性曲線顯示了本文設計的壓氣機具有良好的變工況性能，結(jié)合設計轉(zhuǎn)速下的三維流場數(shù)值模擬結(jié)果，證明了本文的壓氣機設計參數(shù)符合設計要求。
　　最后是整個壓氣