第二代可控扩散叶型的流动机理研究

第二代可控扩散叶型是航空发动机高性能压气机设计中的一项先进技术，是国际各大发动机公司的核心技术之一，关于其流动机理的研究报道较少。本项目拟在国内率先开展其流动机理的研究。首先利用经过三维流场测量结果校验的压气机内部复杂流动数值模拟方法，系统研究可控扩散叶型负荷分布形式对转静子近端壁复杂流动结构及压气机性能的影响，分析第二代可控扩散叶型的设计特点和规律。然后在低速大尺寸压气机试验台上，发挥其尺寸大测量精度高的优势，对比测量采用第一代和第二代可控扩散叶型技术设计的压气机转静子内部的详细流场，通过深入分析转静子出口的三维速度和损失分布，以及静子不同叶高位置的表面压力分布和表面极限流线，并结合数值模拟研究结果，总结第二代可控扩散叶型的流动机理，为我国突破该先进技术提供理论支持。

第二代可控扩散叶型是航空发动机高性能压气机设计中的一项先进技术，是国际各大发动机公司的核心技术之一，关于其流动机理的研究报道较少。本项目在国内率先开展其流动机理的研究。首先利用经过三维流场测量结果校验的压气机内部复杂流动数值模拟方法，系统研究可控扩散叶型负荷分布形式以及几何参数变化对转静子近端壁复杂流动结构及压气机性能的影响，分析了第二代可控扩散叶型的设计特点和规律。发现第二代可控扩散叶型设计的关键在于在基元叶型设计阶段采用考虑AVDR沿流向变化的准三维设计，基于该认识进行了两套不同负荷第二代CDA叶型叶栅实验，验证了数值模拟所得结果的可靠性。通过深入分析，并发展初步的第二代CDA叶型设计方法，发现要准确地考虑AVDR的变化需要展开对典型端壁复杂流动的深入研究，并发展相应的堵塞模型。因此，在上述研究基础之上，以低速大尺寸压气机试验台为基础，进行了端壁复杂流动对叶片性能影响的机理研究，着重研究了叶尖泄漏流动的堵塞非线性变化规律，以及端壁三维角区分离导致流动堵塞的影响因素研究。在上述机理研究的基础之上，针对低速大尺寸压气机高负荷试验件Stage-B进行了第一代CDA叶型和第二代CDA叶型的设计，并进行了这两套试验件的详细实验测量。测量过程中利用气动探针、热线和油流显示技术等多种技术结合，测量了各排叶片进出口的详细流场。最后，基于积累的大量实验数据库，进行了叶尖泄漏和端壁三维角区分离堵塞模型的模化分析研究，建立了相应的模型，并进行了初步的校验。