翼身融合体旋流对单级轴流压气机性能影响的数值研究

doi:10.13675/j.cnki.tjjs.200030

推进技术 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (8): 1748-1755.DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.200030

翼身融合体旋流对单级轴流压气机性能影响的数值研究

王加乐，程邦勤，冯路宁，李军，姚耀泽，马彩东

空军工程大学航空工程学院，陕西西安 710038

发布日期:2021-08-15
作者简介:王加乐，硕士生，研究领域为推进系统气动热力理论与工程。E-mail:17782516386@163.com
基金资助:
陕西省自然科学基础研究计划资助项目（2018JQ5175）。

Effects of Hybrid Wing Body Swirl on Single-Stage Axial Flow Compressor Performance Using Numerical Simulation

Aeronautics Engineering College,Air Force Engineering University,Xi’an 710038,China

Published:2021-08-15

摘要/Abstract

摘要： 为探究翼身融合体（Hybrid wing body, HWB）飞机发动机进口旋流对压气机性能和稳定性的影响，利用数值模拟的方法探究了单级轴流压气机在HWB旋流作用下的气动响应，获得均匀进气条件和旋流进气条件下的压气机特性线和流场分布。结果表明，HWB旋流导致压气机增压能力和效率下降，失速点流量增加，在100%，90%和80%换算转速下，压比最大降低幅度分别为0.52%，0.42%，0.38%，峰值效率分别下降了4.93%，5.74%，6.14%，喘振流量分别增加了2.43%，5.4%，2.94%。研究发现，压气机稳定工作边界由最恶劣的进气旋流区域决定，压气机失稳是HWB旋流中的反向旋流导致转子叶尖进气攻角增大、气流在叶片前缘溢流造成的。

关键词: 翼身融合体;低速轴流压气机;旋流畸变;稳定性;数值模拟

Abstract: In order to estimate the effects of swirl at the engine inlet of hybrid wing body (HWB) aircraft on performance and stability of compressor, the aerodynamic response of a single-stage axial flow compressor under the effect of HWB swirl was investigated by numerical simulation. The compressor characteristic map and flow field with HWB swirl was calculated by this method and compared with characteristic map and flow field with clean inflows. The results show that HWB swirl decreases the pressurization capacity and efficiency of the compressor，and mass flow at stall boundary increases. There is a maximum decrease of total pressure ratio and peak efficiency by 0.52%,0.42%,0.38% and 4.93%,5.74%，6.14% respectively，and mass flow at stall boundary increases by 2.43%,5.4%,2.94% with 100%,90% and 80% corrected speed . It is found that stall boundary of the compressor is determined by the most severe intake conditions. The negative swirl in the HWB swirl results in the increase of the blade tip inlet attack angle. Leading edge spillage of tip leakage flow leads to instability.

Key words: Hybrid wing body;Low-speed axial compressor;Swirl distortion;Stability;Numerical simulation

王加乐，程邦勤，冯路宁，李军，姚耀泽，马彩东. 翼身融合体旋流对单级轴流压气机性能影响的数值研究[J]. 推进技术, 2020, 41(8): 1748-1755.

WANG Jia-le, CHENG Bang-qin, FENG Lu-ning, LI Jun, YAO Yao-ze, MA Cai-dong. Effects of Hybrid Wing Body Swirl on Single-Stage Axial Flow Compressor Performance Using Numerical Simulation[J]. Journal of Propulsion Technology, 2020, 41(8): 1748-1755.

参考文献

[1] Bruce B,Sheoran Y， Davis M. Inlet Flow Angularity Descriptors Proposed for Use with Gas Turbine Engines[R]. SAE 2002-01-2919.
[2] Milt D， Dave B， Sheoran Y. Integrated Test and Evaluation Techniques as Applied to an Inlet Swirl Investigation Using the F109 Gas Turbine Engine［R］. ASME 2008-GT-50074.
[3] Sheoran Y， Bruce Bouldin P， Krishnan M. Advancements in the Design of an Adaptable Swirl Distortion Generator for Testing Gas Turbine Engines［R］. ASME 2009-GT-59146.
[4] Sheoran Y， Bruce Bouldin P， Krishnan M. Compressor Performance and Operability in Swirl Distortion［J］. Journal of Turbomachinery， 2012， 134（4）.
[5] Naseri A， Boroomand M， Tousi A M. The Effect of Inlet Flow Distortion on Performance of a Micro-Jet Engine，Part 1: Development of an Inlet Simulator［C］. Houston： ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress and Exposition， 2012.
[6] Naseri A， Boroomand M， Tousi A M， et al. The Effect of Inlet Flow Distortion on Performance of a Micro-Jet Engine, Part 2: Engine Tests［C］. Houston： ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress and Exposition， 2012.
[7] Hah Chunill， Rabe Douglas, Scribben Angie. Investigation of Unsteady Flow Interaction Between an Ultra-Compact Inlet and a Transonic Fan[C]. Tokyo： International Gas Turbine Conference， 2015.
[8] 彭成一，林峰，张堃元. 旋流模拟器研究［J］. 航空动力学报， 1986， 1（2）: 103-106.
[9] 彭成一，马家驹，尹军飞. 新机试飞中的进气道旋流测量［J］. 推进技术， 1994， 15（4）: 8-13.
[10] 姜健，屈霁云，史建邦. 进气道旋流发生器的设计与数值模拟［J］. 燃气涡轮试验与研究， 2008， 21（1）:43-46.
[11] 姜健，屈霁云，史建邦，等. 进气道旋流的模拟及试飞中的测量与评价[J]. 航空动力学报， 2008， 23(12)： 2233-2241.
[12] 叶飞，张堃元，姜健，等. 进气道旋流模拟及测量的实验研究[J]. 推进技术， 2009， 30(3)： 28-33.
[13] 姜健，屈霁云，赵海刚，等. 进气道旋流模拟及测量地面试车台试验研究[J]. 燃气涡轮试验与研究， 2012， 25(3): 36-39.
[14] 张晓飞，姜健，符小刚. S 弯进气道旋流畸变数值模拟及特性分析［J］. 燃气涡轮试验与研究， 2012， 25（3）: 21-26.
[15] 胡伟波，程邦勤，陈志敏，等. 整体涡旋流畸变对压气机性能影响的研究［J］. 推进技术， 2015， 36（9）: 1324-1330.
[16] 胡伟波，程邦勤，陈志敏，等. 应用改进的平行压气机模型预测旋流畸变对压气机性能的影响［J］. 推进技术， 2016， 37（8）: 1485-1489.
[17] 程邦勤，纪振伟，胡伟波，等. 对涡旋流畸变对单级跨声速压气机性能影响的数值研究[J]. 推进技术， 2017， 38（8）: 1776-1786.
[18] 纪振伟，程邦勤，张磊，等. 腔室型旋流发生器的设计与仿真研究[J]. 推进技术, 2018， 39（4）： 776-784.
[19] 张磊，程邦勤，王加乐，等. 新型旋流畸变网的设计与仿真研究[J]. 推进技术， 2018， 39（9）：2110-2120.
[20] 屠宝锋，胡骏，尹超. 叶片式旋流畸变发生器数值模拟研究［J］. 推进技术， 2015， 36（12）: 1817-1824.
[21] 刘华，屠宝锋，胡骏，等. 旋流畸变对压气机失速发展过程影响的试验研究[J]. 推进技术， 2017， 38（10）： 2306-2313.
[22] 屠宝锋，胡骏，张凯. 整体涡对跨声速单转子性能和稳定性影响[J]. 航空动力学报， 2016， 31（9）：2233-2238.
[23] 周游天，李军，李成龙，等. 进气旋流畸变对压气机性能的影响[J]. 航空动力学报， 2015， 30（8）：1936-1943.
[24] 宋国兴，李军，周游天，等. 轴流压气机进气旋流畸变实验与仿真研究[J]. 风机技术， 2017， 59（5）： 1-12.

翼身融合体旋流对单级轴流压气机性能影响的数值研究

Effects of Hybrid Wing Body Swirl on Single-Stage Axial Flow Compressor Performance Using Numerical Simulation

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 0

编辑推荐

Metrics

本文评价