压气机叶栅角区分离的组合抽吸控制机理研究

The 3D boundary layer separation in the corner has significant effect on the compressor performance and flow field structures. In order to explore the control mechanisms and effect of combined suction (both suction on the endwall and blade surface) on the corner separation, optimize the quality of compressor flow field and then further improve the compressor stator performance, the control mechanisms of combined suction on the 3D corner separation are explored numerically and experimentally in this project.. The integrated design of the slot/hole is achieved by optimizing the spatial arrangement of the combined suction scheme both on the endwall and blade surface in the compressor cascade. The suction effectiveness will be analyzed for the variation of the position of different suction slot and the matching of different suction massflow. Both the tip leakage flow and corner separation and their interactions exist in the cantilevered cascade blade. Based on the exploration of the mechanisms and effect of their interactions, the optimization of the spatial arrangement of combined suction and the combination scheme of suction slot and holes will be further conducted to meet the objective of controlling the 3D corner separation. It will provide scientific evidence for the research of the control mechanism of combined suction in the compressors with tip clearance.. The research achievements in this project can be applied in the design process of the compression system in the advanced aircraft power plant, and it has the significance of research, academic value and prospect of engineering application.

三维角区附面层分离对压气机性能和流场结构有至关重要的影响，为了探索组合抽吸技术（端部抽吸+叶片表面抽吸）在控制压气机内部角区分离的机理和效应，优化压气机流场品质并进一步提高压气机的性能，本项目从数值模拟和实验研究两个方面入手，重点探索静子叶片组合抽吸技术对三维角区分离的控制机理。. 通过优化组合抽吸在压气机叶栅内部端壁和叶片表面的空间布局，实现孔隙结构一体化设计。分析不同抽吸缝位置差异和不同抽吸流量匹配的抽吸效果、针对悬臂叶栅中叶尖泄漏流和角区分离的共同存在和相互干涉作用，在探索其相干机理和效应的基础上，优化更合理的空间组合抽吸布局和抽吸孔缝组合方案，以满足控制三维角区分离的目标，为组合抽吸方法在带有压气机内部流动控制机理研究提供科学依据。. 项目研究成果可应用于在先进航空动力装置压缩系统研制，具有重要的理论研究意义、学术价值和工程应用前景。

三维角区分离是制约高负荷压气机性能提升的关键影响因素之一，实现角区分离影响的控制对未来高性能和高负荷压气机的设计至关重要。本项目通过数值仿真和实验两种手段开展了采用组合抽吸技术控制压气机角区分离的控制机理的系统研究。. 在考虑叶片和端壁结构强度的前提下，通过优化空间布局实现了抽吸孔缝、集气腔体和抽吸流路的一体化设计。利用数值方法开展了不同单缝和组合抽吸形式在多种抽吸量下对压气机角区分离控制的系统研究，分析了不同抽吸方案对应的控制效果、影响规律和作用机理，研究发现在角区分离发展的不同阶段实施抽吸对应的控制效果及作用机理不同，且不同抽吸形式对应的影响规律和控制机制亦不相同。组合抽吸方案控制效果是多个抽吸缝分别对应的抽吸位置和抽吸流量耦合作用的结果。在此基础上，对组合抽吸方案的有效性进行了实验研究，验证了组合抽吸方案对角区分离控制的有效性及数值模拟结果的可靠性。. 通过数值仿真技术进行了压气机悬臂叶栅叶尖泄漏流效应的控制策略及机理的探索，系统地探讨了三种不同控制策略对应的控制规律及机理。结果显示机匣端壁周向槽抽吸与机匣端壁和叶顶流向开槽抽吸方案的控制效果和作用机理不同。此后选取叶栅叶顶流向开槽抽吸方案对数值模拟结果进行了实验验证，获取了不同抽吸位置对应的抽吸效果以及抽吸量的影响规律。最后，采用实验方法探索了端壁抽吸对串列叶栅端区流场的控制机理。研究表明，当抽吸流量相同时后排叶片长槽和短槽抽吸方案的抽吸效果优于前排叶片抽吸方案，且长槽和短槽抽吸方案对抽吸流量的敏感性和相关关系不同。此外，利用前后排叶片端壁抽吸槽进行组合抽吸时，抽吸量过大会恶化叶栅性能。项目研究成果对在未来先进航空动力装置压缩系统中应用组合抽吸技术具有重要的理论和工程价值，对组合抽吸方案制定和抽吸结构优化设计具有较好的指导意义。