[發(fā)明專利]基于周向渦量通流設(shè)計(jì)的雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910173256.5
• 申請(qǐng)日: 2019-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN110043484B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志平;李秋實(shí);潘天宇;劉舒娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北航(四川)西部國際創(chuàng)新港科技有限公司
• 主分類號(hào): F04D19/02
• 分類號(hào): F04D19/02;G06F30/17;G06F30/28
• 代理公司: 成都帝鵬知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51265
• 代理人: 李華

本公開提供一種基于周向渦量通流設(shè)計(jì)的雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：一維設(shè)計(jì)：給定雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)參數(shù)包括最大葉尖切線速度、級(jí)壓比和負(fù)荷系數(shù)，基于設(shè)計(jì)參數(shù)獲取雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇的流道幾何和葉片前尾緣曲線形狀；通流設(shè)計(jì)：基于一維設(shè)計(jì)結(jié)果獲取子午面計(jì)算網(wǎng)格，通過周向渦量診斷調(diào)整環(huán)量分布，進(jìn)行通流計(jì)算；以及三維粘性分析：基于通流計(jì)算結(jié)果獲取雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇的三維葉片形狀，并進(jìn)行三維粘性分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種基于周向渦量通流設(shè)計(jì)的雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

飛機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用是20世紀(jì)人類取得的最偉大的科學(xué)成就之一，對(duì)戰(zhàn)爭模式和人類日常生活產(chǎn)生了巨大的影響。飛機(jī)從發(fā)明初始，便被用于軍事用途，也正因?yàn)閼?zhàn)爭對(duì)飛機(jī)的需要，航空技術(shù)得到了快速發(fā)展，軍用飛機(jī)成為各國在戰(zhàn)爭中奪取制空權(quán)的有利武器。飛機(jī)的“心臟”是發(fā)動(dòng)機(jī)，戰(zhàn)斗機(jī)的更新?lián)Q代要以發(fā)動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代為前提。為了滿足戰(zhàn)斗機(jī)的超音速巡航、高機(jī)動(dòng)性能、短距起降、高可靠性等要求，軍用發(fā)動(dòng)機(jī)將繼續(xù)沿著性能更高、結(jié)構(gòu)更緊湊、質(zhì)量更輕、可靠性更高、費(fèi)用更低等方向發(fā)展。而其中高的推重比仍舊是發(fā)動(dòng)機(jī)的追求的主要目標(biāo)，推重比仍將是劃分發(fā)動(dòng)機(jī)代別的重要指標(biāo)，提高推重比則需進(jìn)一步提高總增壓比和渦輪前溫度，或減輕重量。高推重比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮系統(tǒng)提出了更高的要求。總體分析可知，高的渦輪前溫度必須和高的增壓比相匹配，以獲得高的單位推力，較低的耗油率。總增壓比受到壓氣機(jī)后幾級(jí)葉盤材料的耐熱性能的約束，而渦輪前溫度也受到冷卻技術(shù)和渦輪部件材料耐熱性能的約束，因此在材料性能未取得較大發(fā)展的前提下，未來戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮系統(tǒng)總增壓比不會(huì)有大幅提高，而主要趨勢是在滿足效率和失速裕度前提下提高壓氣機(jī)平均級(jí)壓比，即提高平均級(jí)負(fù)荷，以更少的級(jí)數(shù)實(shí)現(xiàn)高的總增壓比，因此便對(duì)壓縮系統(tǒng)提出了更高的要求。提高壓氣機(jī)的級(jí)壓比始終是壓氣機(jī)設(shè)計(jì)者的追求目標(biāo)，IHTPET、VATTE等計(jì)劃研究內(nèi)容和各研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)表明，為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高推重比的要求，未來風(fēng)扇的發(fā)展趨勢是——高負(fù)荷。眾所周知，由于氣流在風(fēng)扇中是從低壓向高壓方向運(yùn)動(dòng)，逆壓梯度下氣流易分離，風(fēng)扇在氣動(dòng)設(shè)計(jì)上研制難度大，一直以來是制約發(fā)動(dòng)機(jī)性能發(fā)展的主要“瓶頸”。

風(fēng)扇的發(fā)展趨勢是高負(fù)荷。目前風(fēng)扇設(shè)計(jì)中，常用的方法有兩種，分別是3D優(yōu)化設(shè)計(jì)和反問題設(shè)計(jì)，但目前都有其相應(yīng)的問題，前者優(yōu)化時(shí)間長、代價(jià)高，優(yōu)化過程基本屬于黑箱操作，對(duì)流動(dòng)物理機(jī)理的把握不夠，有時(shí)收益較小；反問題設(shè)計(jì)方法要求設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)豐富能給定合理的壓力等參數(shù)分布。

對(duì)于高負(fù)荷風(fēng)扇，轉(zhuǎn)子加功量更大，靜子減速擴(kuò)壓難度也更大，強(qiáng)逆壓梯度下氣流容易發(fā)生分離，流場各種旋渦將增強(qiáng)，激波和旋渦、二次流之間的相互作用也增強(qiáng)，內(nèi)部流動(dòng)將更加難以控制。對(duì)于高負(fù)荷風(fēng)扇設(shè)計(jì)，如何安排負(fù)荷分布，如何控制內(nèi)部流場旋渦，是成功與否的關(guān)鍵。因此在風(fēng)扇氣動(dòng)設(shè)計(jì)過程中控制渦量場顯得十分必要，因此，發(fā)展一種控制風(fēng)扇渦量場的氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，無疑是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的一個(gè)有利補(bǔ)充。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決至少一個(gè)上述技術(shù)問題，本公開提供一種基于周向渦量通流設(shè)計(jì)的雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇設(shè)計(jì)方法，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，基于周向渦量通流設(shè)計(jì)的雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇的設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

一維設(shè)計(jì)：給定雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)參數(shù)包括最大葉尖切線速度、級(jí)壓比和負(fù)荷系數(shù)，基于設(shè)計(jì)參數(shù)獲取雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇的流道幾何和葉片前尾緣曲線形狀；

通流設(shè)計(jì)：基于一維設(shè)計(jì)結(jié)果獲取子午面計(jì)算網(wǎng)格，通過周向渦量診斷調(diào)整環(huán)量分布，進(jìn)行通流計(jì)算；

三維粘性分析：基于通流計(jì)算結(jié)果獲取雙級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇的三維葉片形狀，并進(jìn)行三維粘性分析。

根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式，通過周向渦量診斷調(diào)整環(huán)量分布的步驟包括：給定子午面計(jì)算網(wǎng)格各排的環(huán)量分布，基于環(huán)量分布進(jìn)行子午面流場計(jì)算，根據(jù)周向渦量在子午面的分布對(duì)環(huán)量分布進(jìn)行調(diào)整。