高压比吸附式风扇级气动优化设计

发布时间：2022-02-19 18:38

　　高负荷、高效率压气机/风扇设计是航空发动机实现高推重比、低油耗的关键技术。压气机/风扇负荷越高,叶片通道内逆压力梯度越大,叶片吸力面和上下环壁附面层越厚、越容易产生流动分离。采用附面层吸附方法控制附面层发展,可有效提高级负荷和级效率。本文研究吸附式风扇气动优化设计方法;建立适用于高负荷吸附式风扇优化设计平台;为了验证吸附式风扇气动优化设计方法,进行了高压比吸附式风扇级气动设计。主要研究工作和研究内容如下:1、吸附式风扇级气动优化设计方法研究通过吸附式风扇气动优化设计方法研究,建立完整的适用于高负荷吸附式风扇级设计平台,该平台包括S2流面通流设计模块、二维叶型（平面、S1流面回转面）设计模块和三维叶片优化设计模块。在S2流面通流设计时,由于常规损失模型不适用于吸附式压气机/风扇设计,本文提出采用损失反馈的方法,即将吸附式风扇转子/静子的实际损失/效率沿径向分布作为S2流面通流设计的损失模型。二维叶型设计方法采用优化设计方法,将叶型几何参数与吸气参数均作为设计变量进行耦合优化设计,以考虑叶型参数与吸气参数的相互影响。三维优化设计将叶片沿叶高型面的几何参数、积叠线弯掠、吸气参数、子午面几何参... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省211工程院校

【文章页数】：240 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 高增压比压气机/风扇发展现状
        1.2.1 跨音压气机/风扇
        1.2.2 超音压气机
        1.2.3 吸附式压气机/风扇
    1.3 吸附式压气机/风扇的研究
        1.3.1 吸附式压气机/风扇的设计特点
        1.3.2 国外研究进展
        1.3.3 国内研究进展
    1.4 本文的研究目的和研究内容
第二章 吸附式风扇气动设计方法研究
    2.1 吸附式风扇气动设计方法介绍
    2.2 S2 流面通流设计
        2.2.1 S2 流面流场计算
        2.2.2 吸附式损失模型和损失反馈
    2.3 二维叶型/三维叶片参数化方法
        2.3.1 二维叶型参数化方法
        2.3.2 三维叶片参数化方法
    2.4 流场计算
        2.4.1 二维叶型流场计算方法和叶型表面吸气处理方法
        2.4.2 三维叶片流场计算方法和叶片表面吸气处理方法
    2.5 目标函数设定
        2.5.1 二维平面叶型目标函数设定
        2.5.2 二维回转面叶型目标函数设定
        2.5.3 三维叶片目标函数设定
    2.6 数值最优化方法
    2.7 小结
第三章 数值最优化方法改进
    3.1 单纯形法改进遗传算法
        3.1.1 单纯形法的基本思想
        3.1.2 单纯形法改进遗传算法技术路线
        3.1.3 典型函数测试单纯形法改进效果
        3.1.4 吸附式平面叶栅优化应用
        3.1.5 叶型和吸气耦合设计效果验证
    3.2 变空间寻优改进遗传算法
        3.2.1 BEZIER曲线等价递推
        3.2.2 典型函数测试变空间寻优改进效果
        3.2.3 压气机叶栅优化应用
    3.3 本章小结
第四章 高压比吸附式风扇级转子优化设计
    4.1 S2 流面流场计算中转子主要参数对转子性能的影响
        4.1.1 转子进口轮毂比对转子性能影响分析
        4.1.2 通道内激波数的影响
        4.1.3 叶尖轮缘速度对转子性能影响分析
    4.2 吸附式风扇转子S2 流面通流设计
    4.3 转子S1 流面叶型设计
        4.3.1 转子S1 流面初始叶型设计
        4.3.2 转子S1 流面叶型优化设计
    4.4 转子三维流场分析
        4.4.1 转子三维流场分析
    4.5 转子三维优化设计
        4.5.1 转子叶根、叶尖三维优化设计
        4.5.2 转子叶尖三维优化设计
    4.6 风扇转子叶根处流动特性分析
    4.7 小结
第五章 关键参数影响规律分析
    5.1 积叠线掠对风扇转子的气动影响分析
        5.1.1 叶尖掠对风扇转子的气动影响分析
        5.1.2 叶根掠对风扇转子的气动影响分析
    5.2 吸气参数对高压比吸附式风扇转子气动性能影响
        5.2.1 吸气位置对回转面叶型气动性能的影响
        5.2.2 吸气系数对回转面叶型气动性能的影响
    5.3 组合抽吸对风扇转子气动性能影响
        5.3.1 吸气方案
        5.3.2 机匣吸气规律研究
            5.3.2.1 吸气位置
            5.3.2.2 最佳吸气量
            5.3.2.3 周向槽和弦向槽比较
    5.4 吸气本身对效率的影响
        5.4.1 吸附式转子效率定义
        5.4.2 吸附式压气机级效率定义
    5.5 本章小结
第六章 高压比吸附式风扇级静子优化设计
    6.1 静子S2 流面通流计算
    6.2 静子S1 流面叶型设计
        6.2.1 静子S1 流面初始叶型设计
        6.2.2 静子S1 流面叶型优化设计
    6.3 风扇级三维流场分析
    6.4 静子轮毂三种改进抑制叶根处端壁分离
        6.4.1 静子轮毂三种改进方案
        6.4.2 静子轮毂三种改进抑制叶根处端壁分离分析
    6.5 S1/S2 两类流面设计方法验证
    6.6 级环境下静子优化设计
    6.7 小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究总结
    7.2 本文的创新点
    7.3 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录


【参考文献】：
期刊论文
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[4]大涵道比风扇叶片气动优化设计[J]. 张金环,周正贵,周旭.  航空动力学报. 2017(01)
[5]高马赫数超声压气机转子叶型优化设计[J]. 邱名,马率,周正贵,张传海,王子维.  推进技术. 2016(10)
[6]适用于跨音压气机的超音叶型设计[J]. 邱名,马率,周正贵,陈逖,郝颜.  工程热物理学报. 2016(06)
[7]多级低反力度静子吸附式压气机气动设计[J]. 张龙新,杜鑫,胡应交,丁骏,王松涛,陈绍文.  工程热物理学报. 2016(04)
[8]具有叶顶间隙扩压叶栅附面层抽吸研究[J]. 陆华伟,张永超,康达,刘斌.  工程热物理学报. 2016(02)
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博士论文
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[3]基于并行遗传算法的风扇/压气机叶片气动优化设计[D]. 汪光文.南京航空航天大学 2009

硕士论文
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[2]大涵道比风扇气动设计及噪音分析[D]. 宋圣申.南京航空航天大学 2018
[3]静叶附面层抽吸对跨声速压气机气动性能影响的数值研究[D]. 王安妮.大连海事大学 2017
[4]机匣周向槽抽吸对跨声速压气机转子气动性能影响研究[D]. 韩兴伟.大连海事大学 2017
[5]风扇叶片气动性能优化设计[D]. 张毅.南京航空航天大学 2016
[6]跨声速低反力度压气机动叶性能优化研究[D]. 阮国辉.哈尔滨工业大学 2015
[7]高负荷压气机静子叶片优化设计[D]. 刘龙龙.南京航空航天大学 2013
[8]与吸气耦合吸附式叶片优化设计[D]. 赵振国.南京航空航天大学 2013
[9]遗传算法的改进及风扇/压气机通用优化平台的研制[D]. 徐国华.南京航空航天大学 2013
[10]基于准三维方法的轴流压气机/风扇叶片气动优化设计[D]. 安志强.南京航空航天大学 2012



本文编号：3633418