超高负荷先进气动布局压气机叶型工作机理和流动组织方法研究

The programme is aimed at the study of the work mechanisms of the advanced highly loaded (blade loading parameter larger than 0.5) aerodynamic configuration compressor blade profiles.The studied advanced blade aerodynamic configurations inlude two types: spittler blade and tandem blade. During the study, the higly loaded blade profile with high solidity and large deflection by using the conventional blade aerodynamic configuration is also analysed for comparison stduty. At first, the flow of a 2D blade element will be modled, and then, in order to consider the influences of some critical aerodynamic and geometric parameters in the blade performance, some empirical or semi-empirical models will be used. Using this approximate methods, the performance limitation of a blade profile can be analysed. And then, by using numericla simulation methods, the flow features and performance characteristics of the different blade profiles will be studied in detail. Based on this analyses, the optimized distribution of blade surface parameters can be determined and the highly loaded blade in different aerodynamics configurations can be designed. Finally, some necessary planar cascade experiments will be conducted to validated the results obtained in the above researches.Based on the above researches, a newly developed aerodynamic configuration, which is composed by several different blade aerodynamic confiturations, will be developed and be analysed by 3D numetical simulations.

针对超高负荷压气机（负荷系数大于0.5）亟待解决的叶型如何设计的关键问题，开展基于先进气动布局的超高负荷叶型工作机理和叶表参数合理化组织策略的理论、数值和实验研究。研究主要针对大小叶片和串列叶片两种先进气动布局形式展开，并适当地与常规布局形式下的超高负荷高稠度大弯角叶型做适当的对比分析研究。首先通过对叶片二维基元叶型进行模化分析研究，利用模化的方法来考虑各种主要影响因素对叶型气动性能的影响，并分析不同气动布局形式叶型所能达到的极限性能指标。然后通过数值分析手段，分析不同气动布局叶型在不同的工作条件下（包括来流条件和叶片间的耦合关系条件）叶片的工作特点和关键气动参数的变化规律，总结提炼优化的叶片表面气动参数分布规律及其对应的叶片几何特点。最后，通过多套平片叶栅实验来验证理论和数值研究成果。在以上研究的基础之上，尝试将结合各种气动布局叶型的优势，探索发展新型耦合气动布局形式的叶片三维造型方法。

针对超高负荷压气机（负荷系数大于0.5）亟待解决的叶型如何设计的关键问题，开展了基于先进气动布局的超高负荷叶型工作机理和叶表参数合理化组织策略的理论、数值和实验研究。首先针对大小叶片和串列叶片两种先进气动布局形式展开了低维模化分析研究，分析了影响这两种气动布局形式叶型性能的主要影响因素，以及各自的负荷极限，首次界定了不同气动布局叶型的合理化使用范围。研究发现串列叶片在高负荷压气机设计中相对于大小叶片和常规气动布局具有明显优势。在此基础之上，通过大量的数值模拟分析，重点研究了超高负荷串列叶片前后排叶片在不同工作状态下的耦合工作机制，并提炼出了相应的基于强耦合效应的串列叶型优化设计方法。进一步的，研究了近端壁叶尖泄漏和三维角区分离对高负荷串列叶片近端壁基元工作特性的影响，及其合理化端壁流动组织方法。在以上基础之上，将相关基元和三维造型的研究成果应用到了几个超高负荷压气机和风扇的三维设计中，并取得了明显的效果，初步验证了研究结论的正确性以及所发展的串列叶型强耦合设计方法的合理性。最后，通过平面叶栅实验，验证了通过理论和数值分析得到的串列叶片前后排叶片相对位置对气动性能的影响规律以及前排叶片尾迹的作用效果的正确性。