一种航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法与流程

专利2025-04-21  21


本申请属于航空发动机带叶尖风扇的可行域分析,具体涉及一种航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法。


背景技术:

1、航空发动机中带叶尖的风扇,叶尖风扇通过一圈叶环连接在主风扇上,能够根据不同的任务需求,在更大范围内调整航空发动机热力循环参数,能够更好的适应飞机进气道工作状态的变化,减小进气道的溢流,提升航空发动机的安装性能。

2、主风扇与叶尖风扇转子叶片之间是刚性连接,由低压轴驱动以相同的转速旋转,二者之间转速协调困难,其中,对于主风扇,由于其叶尖半径低,若想降低负荷,则需要较高水平的叶尖切线速度,需要较高的转速;对于叶尖风扇,由于激波贯穿整个展向通道,为降低激波损失,需要控制激波的强度,其切线速度即转速不宜过高,且主风扇与叶尖风扇的设计压比也不是互不关联,需要根据具体设计来进行协调,气动设计复杂。

3、常规风扇转子叶片,叶尖不受几何约束,在旋转时会发生弹性变形,而带叶尖的风扇,主风扇转子叶片叶尖被叶环约束,在高速旋转时主风扇叶尖部位会产生很大的应力,尤其在前尾缘位置产生的应力较大,因此,设计时需要控制转速即切线速度,且主风扇转子叶片叶尖厚度需要比常规风扇转子叶片叶尖厚度大,连接叶尖风扇转子叶片与主风扇转子叶片的叶环需要较轻的质量,才能够使带叶尖的风扇结构在工程上可实现。限制转速,可降低带叶尖风扇的应力水平,保证强度,但会极大增加主风扇的负荷水平,在高负荷系数条件下,气动设计困难,需设计较大的叶片气流转折角,在逆压梯度条件下控制气流不发生分离或分离损失较小困难。

4、对于常规跨音风扇设计指标的合理性,可通过与已有风扇进行比较,

5、通过负荷系数、流量系数、叶尖马赫数等无量纲参数结合设计经验得出专业判断。

6、带叶尖的风扇是展向全超音风扇,其流动特征与常规跨音风扇存在着较大的差异,常规跨音风扇转子叶片根部是亚音流动特征,其中弧线和叶型厚度分布为亚音速设计,而带叶尖的风扇转子叶片根部是超音流动特征,其中弧线和叶型厚度分布应按超音叶型设计,存在激波边界层干涉现象,但与叶尖的激波边界层流动特征不完全一致。因此,在正式开展气动设计之前,有必要对带叶尖的风扇的关键设计参数对气动性能的影响开展分析,确定可行域,选择恰当的设计参数,避免设计参数选择不合适导致设计反复。

7、当前,缺少确定带叶尖的风扇的设计参数可行域的科学方法,为此,提出本申请。


技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,以能够确定设计参数的可行域,选择恰当的设计参数,避免设计参数选择不合适导致设计反复。

2、本申请的技术方案是:

3、一种航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,包括:

4、步骤一、选定转速、压比,开展不同导叶预旋角、转子轮毂锥角的s2流场计算,得到转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角的等值线图;

5、步骤二、基于转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角的限制值,在转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角的等值线图中标注可行域边界;

6、步骤三、将转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角等值线图中的可行域边界汇聚到同一张图中,得到选定转速、压比下的导叶预旋角、转子轮毂锥角的可行域;

7、步骤四、重新选定转速、压比,重复步骤一~步骤三,得到不同选定转速、压比下的导叶预旋角、转子轮毂锥角的可行域。

8、根据本申请的至少一个实施例,上述的航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法中,转子叶片叶根马赫数的限制值取1.30。

9、根据本申请的至少一个实施例,上述的航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法中,静子叶片叶根气流转折角的限制值取45°。

10、根据本申请的至少一个实施例,上述的航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法中,步骤三具体为,将静子叶片叶根气流转折角等值线图中的可行域边界,移到转子叶片叶根马赫数等值线图中,得到选定转速、压比下的导叶预旋角、转子轮毂锥角的可行域。

11、根据本申请的至少一个实施例,上述的航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法中,步骤三具体为,将静子叶片叶根马赫数等值线图中的可行域边界,移到转子叶片叶根气流转折角等值线图中,得到选定转速、压比下的导叶预旋角、转子轮毂锥角的可行域。

12、本申请至少存在以下有益技术效果:

13、提供一种航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,以转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角作为约束,分析得出转速、压比、导叶预旋角、转子轮毂锥角4个设计自由度的可行域范围,简捷、直观,据此,可在气动设计前,判断设计难度,选择恰当的设计参数,确保关键设计参数均处于合理区间内,避免设计参数选择不合适导致设计反复。



技术特征:

1.一种航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,其特征在于,

3.根据权利要求1所述的航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,其特征在于,

4.根据权利要求1所述的航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,其特征在于,

5.根据权利要求1所述的航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,其特征在于,


技术总结
本申请提供一种航空发动机带叶尖风扇的可行域确定方法,包括:步骤一、选定转速、压比,开展不同导叶预旋角、转子轮毂锥角的S2流场计算,得到转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角的等值线图;步骤二、基于转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角的限制值,在转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角的等值线图中标注可行域边界;步骤三、将转子叶片叶根马赫数、静子叶片叶根气流转折角等值线图中的可行域边界汇聚到同一张图中,得到选定转速、压比下的导叶预旋角、转子轮毂锥角的可行域;步骤四、重新选定转速、压比,重复步骤一~步骤三,得到不同选定转速、压比下的导叶预旋角、转子轮毂锥角的可行域。

技术研发人员:昌皓,王咏梅,梁育源
受保护的技术使用者:中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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