[發明專利]部分處理機匣性能預估模型

有效

• 申請號: 201610031591.8
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105697420B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 袁巍;李秋實;黃書超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/52
• 分類號: F04D29/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種預估部分處理機匣性能的方法。首先將部分處理機匣壓氣機沿周向分為處理機匣子壓氣機和實壁機匣子壓氣機，然后給出處理機匣性能預估模型假設，依靠兩子壓氣機的特性參數，最后求出部分處理機匣的參數并判斷失速點。本發明對跨音高速臺180°處理區98％轉速，亞音低速臺的240°處理區兩個不同實驗進行預估，結果顯示，在已知實壁機匣和全周處理機匣兩條特性線的情況下利用該模型可以較好地預估任意角度處理區的部分處理機匣特性，并與實驗結果能吻合的比較好。本發明對部分處理機匣壓氣機特性進行預估，節約時間成本、計算資源和實驗資源。

技術領域

本發明涉及航空發動機的壓氣機處理機匣領域，特別是一種部分處理機匣性能預估模型。

背景技術

處理機匣技術是風扇/壓氣機擴穩的重要手段之一，是由Koch C.C.等人在一次實驗中偶然發現的。由于它結構簡單，且有較好的擴穩能力，因此吸引國內外研究者們對其做了大量研究。Fabri和Reboux研究發現，隨著葉尖馬赫數的提高，處理機匣可使失速裕度提高20％到40％，同時近失速點的壓比也有相應提高；Takata和Tsukuda對比了多種處理槽結構對壓氣機擴穩效果的影響，發現軸向開/閉式斜槽的擴穩效果最好，軸向直槽次之，葉片弦向槽和周向槽幾乎沒有擴穩作用，而沿徑向反向傾斜的軸向反斜槽則使失速裕度降低。

如圖1所示，Greitzer在總結已有各種處理機匣技術后認為：所有處理機匣擴穩總是以損失氣動效率為代價的，而且擴穩能力越強，效率損失越大，處理機匣壓氣機的效率損失來源于處理槽抽吸的回流在前端與主流的摻混損失。

如圖2所示，為了減小處理機匣造成的損失，近年來研究發現采用部分處理機匣擴穩可以在提高軸流壓氣機失速裕度的同時減少效率損失。在對部分處理機匣的研究中發現，與實壁機匣相比，部分處理機匣使某跨聲速壓氣機設計轉速失速裕度提升8％，無量綱峰值效率也提升了2.273個百分點，而且全轉速范圍內效率都得到了改善；使某低速壓氣機設計轉速在裕度提升12.5％的同時峰值效率提升1.0％，大流量工況壓氣機效率的增加值最大可達1.8％。

為了設計出滿足性能要求的部分處理機匣就需要對不同布局的部分處理機匣進行整周的風扇/壓氣機數值計算，但這會使得計算量非常龐大，且需要消耗大量時間，特別是多級風扇/壓氣機部分處理機匣全周數值計算更為困難，消耗的計算資源和時間代價就更難以承受。

如圖3所示，Pearson和Mckenzie在20世紀50年代末期首先提出了平行壓氣機模型。其基本思想是將壓氣機進口周向畸變劃分為畸變區與非畸變區，然后假定畸變區和非畸變區是在各自進口條件下獨立工作，則進氣畸變的壓氣機就被簡化成兩個獨立的均勻進氣子壓氣機。算出子壓氣機特性后，在壓氣機出口處由質量能量守恒和動量守恒就得到畸變壓氣機出口參數，再結合進口條件就可以得到畸變條件下的壓氣機特性。平行壓氣機模型的假設如下：

1)各子壓氣機的進氣條件各不相同且相互獨立，忽略動量、質量和能量的交換；

2)各子壓氣機并行工作且出口靜壓相同；

3)各子壓氣機都按均勻進氣條件下的壓氣機特性線工作；

4)當子壓氣機的流量點到達均勻進氣條件下壓氣機的不穩定邊界流量時，認為整臺壓氣機達到失穩點。

發明內容

一、本發明需要解決的技術問題是：

基于上述問題以及平行壓氣機理論和部分處理機匣的研究，本發明提出部分處理機匣性能預估模型，即利用實壁機匣和全周處理機匣特性線估算任意角度的部分處理機匣的特性。

二、本發明的技術方案：

在部分處理機匣的研究基礎上對經典的平行壓氣機模型假設進行改進，使之適用于部分處理機匣的性能預估。