可变涵道比风扇非定常数值计算研究

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一体化可变涵道比风扇由前风扇和后风扇/核心驱动风扇级(CDFS)组成,其运作成功与否直接决定了变循环发动机的可行性。因此,本文以课题组自主研发CFD程序——NUAA-Turbo为工具首先开展了关闭不同进口导叶角度下的前风扇性能特性计算和某高压压缩系统及外涵道一体化计算研究,然后在CDFS进口导叶关闭0度和10度定常计算的基础上进行了非定常计算研究,最后使用Auto Blade设计CDFS涵道引射器叶片并进行了计算。研究进口导叶(IGV)角度随转速可变和不可变的前风扇在80%-100%折合设计转速范围内的性能特性。进口导叶角度固定和随转速可变情况下前风扇失速裕度都随着转速的增加而急剧减小,80%-95%折合设计转速范围内进口导叶角度随转速可变的前风扇失速裕度都高于进口导叶角度固定时的失速裕度且转速越低越明显,这是因为随转速变化调节进口导叶角度缓解了前风扇第一级的气动负载进而延缓进入失速区而提高了失速裕度。由一体化风扇的超声速巡航和亚声速巡航工况点计算研究发现超声速巡航工况下充分发挥的是后风扇的增压能力,亚声速巡航工况下充分发挥的是前风扇的增压能力。由某高压压缩系统及外涵道一体化的计算研究发现单外涵模式下涵道比的调节只能依赖于CDFS,双外涵模式下涵道比的调节主要依赖于前风扇,随着外涵道出口背压的增大,两种模式下的涵道比都逐渐减小,外涵道总压恢复系数逐渐增大。针对进口导叶关闭0度和10度的CDFS使用经典相位延迟非定常计算方法展开非定常计算研究。通过分析叶片表面的压力时空分布、均方根压力分布、压力频谱特性以及叶片整体的非定常气动力研究进口导叶关闭0度或10度时进口导叶尾迹对下游转子的干扰和下游转子前缘激波对进口导叶的干扰位置并比较干扰强度大小,在此基础上研究进口导叶角度的调节对以上两种干扰的位置和强度造成的影响。进口导叶关闭0度和关闭10度时,进口导叶尾迹对下游转子的干扰都强于转子前缘激波对进口导叶的干扰。下游转子前缘激波对上游进口导叶的干扰强度几乎不受进口导叶角度变化的影响只是主要干扰区域发生改变,但是进口导叶关闭0度时进口导叶尾迹对下游转子的干扰强度高于进口导叶关闭10度时的干扰强度且干扰区域主要都集中在转子叶根前缘。最后以NACA64为基础叶型设计了CDFS涵道引射器叶片并进行计算,分析CDFS引射器叶片的总压恢复系数、CDFS压比和效率沿径向分布情况,设计所得CDFS涵道引射器叶片可以初步满足工程应用需求。
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