以高亚声速压气机叶型为研究对象,利用数值模拟手段研究了不同雷诺数Re条件下叶片近壁面分离泡结构和边界层发展的内在关联,基于Denton损失模型,揭示了低Re下压气机叶型性能退化内因;在此基础上,通过叶型改型设计,获得两种不同载荷分布的新叶型,对比分析了载荷分布对分离泡结构和叶型流动损失的影响。结果表明,Re从1.2×10^6降低到1.5×10^5时,吸力面分离泡长度增加11.2%轴向弦长,此时叶型边界层损失略有增加,而叶型尾迹损失增加接近150%,分离泡强烈的"位移效应"导致尾迹损失急剧增加是低Re下压气机叶型性能退化的主要原因;采用前加载叶型能够促使转捩提前发生,同时降低流向逆压梯度,有效抑制分离泡的形成和发展,改善低Re条件下高亚声速压气机叶型的气动性能。

为发展一型适用于高空低雷诺数流动的风扇/增压级部件,解决高空长航时无人机动力对部件的技术需求,针对高空低雷诺数下的风扇/增压级进行了气动设计,设计过程包含了一维热力计算、S2通流设计、叶片造型设计和三维数值计算分析。经过多轮设计迭代后,得到了适用于高空低雷诺数条件下的最优叶型。三维数值计算结果表明:风扇/增压级的内、外涵性能都达到了设计指标的要求,且在高空低雷诺数下有较高的稳定裕度。与现有发动机风扇部件性能进行对比得出:新设计的风扇/增压级具有较好的高空工作能力,可以满足总体对风扇/增压级的性能需求。

本文综合运用体式激光粒子图像测速技术和油流显示技术研究了近失速状态下压气机静子通道内部的复杂三维流动，建立了静叶通道内部三维流动结构模型，并分析了典型流动结构的产生、发展和演化机制。实验结果表明，在近失速状态，近叶通道出现了两个截然不同的分离区—吸力面近机匣角区分离（7％-50％弦长，闭式分离）和吸力面近轮毂角区分离（50％弦长以后，开式分离），以及一些复杂的流向旋涡流动结构。

针对航空压气机叶片型面在线测量这一难题,提出叶片型面在线激光测量方案,并就系统构型确定、基于构件的测量软件开发、分布式并行测量模式设计等关键性问题进行深入研究.该方案在BLM001样机上得到实现,并在生产中得到应用.

在航空发动机吞入雨水过程中,水滴的吸入会影响压气机的气动并引起动力学变化。本文以Rotor67为研究对象,针对不同吞雨量和颗粒尺寸进行了数值计算。计算结果表明:水滴在跟随气流进入压气机会影响压气机的总压比、总温比和气流速度沿叶高方向的变化规律,并恶化压气机的流场,使工作点向左移动。水滴的进入还会降低压气机的总温比、总压比和质量流量。水滴不断地撞击叶片表面,会增加压气机的轴向扭矩。在吞雨量为5%,直径分别为200μm和600μm的情况下,压气机的稳定工作范围分别降低了36.5%和34.7%,喘振裕度分别降低了51.2%和48.9%。

为了快速有效地完成叶片造型,提高压气机气动性能,以全3维黏性反问题设计方法为基础,研究了全新的可控扩散叶型设计方法。基于黎曼不变量守恒建立了吸力和压力面型线与其对应静压分布之间的关系,通过给定叶片表面静压分布,求解吸力和压力面型线坐标几何参数。为了验证方法的有效性,以NASA Stage 35静子叶片为设计算例,通过全3维数值模拟得到其流场参数分布,进而采用可控扩散叶型的设计思路,对NASA Stage 35静子叶片表面的静压分布进行修改,以修改后的静压分布作为目标进行反问题设计计算,最终设计出满足设计要求的叶片几何型线。改型后的静子叶片通道内流场很好地实现了可控扩散叶型的流动结构,叶片总体气动性能得到提升,验证了可控扩散叶型全3维反问题设计方法的准确性和有效性。

利用数值模拟计算软件将已设计成型的燃气轮机压气机动叶片进行受力分析,将叶片所承受的气动力,离心力和叶片根部的固定力全部耦合在叶片上.然后用ANSYS软件建立有限元模型,模拟出叶片的变形程度和所受应力,最后通过第四强度理论校核叶片的强度是否满足要求.

通过对某型涡轮风扇发动机压气机的结构设计、强度设计,结合航空涡轮发动机压气机的技术发展和使用要求,根据设计规范对发动机包容性的规定,进行该型发动机压气机包容性研究。为该型发动机包容性设计提供依据,积累设计数据、丰富设计数据库,完善该涡轮风扇发动机设计体系。

以某一设计工况点设计的压气机,为提高压气机在其他转速下的性能,分别分析了叶轮叶片入口直径、入口叶根角以及入口叶尖角对离心压气机性能的影响。优化的压气机与原设计模型相比,在低转速下效率增加了1.3%,压比提高了5.3%,且流通范围扩大,提高了压气机在低速工况下的工作性能。

介绍了某高压比轴流试验压气机机组的基本结构和设计特点。经部分工况的试验运行,该机组技术性能方面基本达到设计预期。该机组的设计研制对发展重型燃气轮机技术具有重要意义，