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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
航空飞行的迅猛发展和不断攀升的飞行技术指标，对航空发动机提出了极为苛刻的技术要求。作为航空发动机的三大部件之一，风扇/压气机的发展对航空发动机的发展起到了关键的作用。为满足不同应用方向的要求，伴随着航空燃气涡轮发动机七十年的发展与衍化，发动机的压缩系统诞生了多种构型。面向军用飞行器的应用方向，为满足机动飞行、超声速巡航等要求，发动机的推重比不断提高，这必然要求风扇/压气机负荷提高；在常规轴流级负荷逐渐趋于极限的当代条件下，组合压气机、大小叶片、对转风扇等非常规轴流级是解决高负荷设计的有效手段。面向民用飞行器的应用方向，为满足经济性和环保性的要求，发动机的气动布局必须改变以实现趋于8至10以上的不断增大的涵道比，对转风扇就是颇具发展潜力的先进气动方案之一。基于以上背景，本文首先发展了适用于多种构造型别（多构型）的压缩系统的一体化反题目设计方法，可以满足目前工程上各种构型的压缩系统的一体化通流设计；在此工作的基础上，又开展了大小叶片轴流级和民用、军用两类对转风扇的气动设计及其气动数值模拟研究。具体的工作内容如下。一. 首先，在叶轮机设计的流线曲率法反题目中，统一了主控方程中叶片力项的分解方法，得到了适合于轴流、斜流和离心压气机的动量主控方程。其次，提出了一种双涵道叶轮机的一体化通流设计反题目方法，该法采用分流机匣变位或者涵道比变化这两种自动调整的收敛措施。从而，通过这两个方法，将流线曲率法应用于多构型压缩系统的一体化通流设计题目。以某工程算例为例，设计了一个总增压比12.0的双涵道、双转子、轴流离心组合的压缩系统。通过计算流体力学，检验了这种方法的可行性和适应性。再则，文中讨论了轴向速度比的物理意义，及其在通道自动调整的轴流级通流设计中的应用。以又一算例说明了轴向速度比是一简单实用的设计参数。 二. 在第一部分工作的基础上，又进一步研究了大小叶片轴流级的流线曲率法通流设计和任意中弧线叶型叶片造型方法，引用了适合于大小叶片的当量扩散因子叶型损失模型，发展了以M-L-H模型分别计算大叶片和小叶片激波损失的复合激波模型，制定了大小叶片组合装配方法及程序，以此建立了大小叶片通流反题目设计系统。用该系统对某级增压比2.2的单级高负荷后掠风扇进行了后掠和前掠大小叶片的改型设计。经计算流体力学检验，维持后掠造型的改型，在不提高设计点增压比的条件下，级绝热效率相当，流量和失速裕度都得到了提高。而大小叶片结合前掠的改型，当考虑单排静子的最大载荷而提高设计级增压比至2.31时，级绝热效率略微降低约0.3%，流量略减，失速裕度则显著提高。算例也表明本系统适合于大小叶片轴流级的设计。三. 在第一部分工作的基础上，再进一步分析了对转风扇得以实现的机械传动基础，设计和研究了一个大涵道比8的和一个小涵道比0.5的对转风扇，其对应于民用低速低增压比和军用高速高增压比两类工程设计背景。两个对转级的增压比各为1.60和3.50，线速度各为（300m/s，-222m/s）和（500m/s，-391m/s），均没有引入导叶、静子和吹吸气边界层控制措施。采用一维设计程序分析了前后转子设计转速比的影响，研究了平均半径处的增压比、绝热效率、扩散损失和激波损失随转速比的变化规律。用计算流体力学分析了设计点与非设计状态的两个对转级流场，研究了其详细物理现象。结果表明，两个对转级的设计与非设计性能均良好。发现低速风扇的两个转子均为常规跨声速转子，而高速风扇的前转子为常规跨音速转子，后转子则为前缘激波和通道激波均贯穿全叶展的全超声速转子。又发现，均带有与常规风扇级相当的失速裕度，低速对转级是两个转子同时达到失速点并且激波被推出叶栅，而高速对转级则是后转子先达到失速点并激波推出，从而后转子决定着级失速裕度。 |
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发表于 2022-5-25 19:56:23
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