[發明專利]一種基于關鍵無量綱負荷控制參數的多級軸流壓氣機氣動設計方法

有效

• 申請號: 202011524766.1
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112685851B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 王琦;潘宏偉;王旭;張舟;萬新超;鄧慶鋒
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0三研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
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1.一種基于關鍵無量綱負荷控制參數的多級軸流壓氣機氣動設計方法，其特征是：

(1)一維反問題：采用流量系數φ、載荷系數ψ與反動度Ω三個無量綱參數作為負荷控制參數，進行多級軸流壓氣機一維均徑處的反問題設計，完成以上三個無量綱負荷控制參數沿壓氣機流向的逐級分布規律設計；

(2)一維特性：進行多級軸流壓氣機的一維正問題特性計算分析，采用基于級疊加法的HARKIA算法進行壓氣機在不同轉速情況下的特性計算，初步預測壓氣機在不同轉速下的總性能情況；

(3)S2反問題設計：基于一維反問題設計結果，采用流量系數φ、載荷系數ψ與反動度Ω三個無量綱參數作為負荷控制參數，進行多級軸流壓氣機的S2反問題設計工作，完成以上三個空間負荷控制參數在壓氣機各級中的沿徑分布規律設計；

(4)葉片造型設計：在S2反問題通流設計結果的基礎上，根據多級軸流壓氣機不同空間位置的來流環境與負荷情況，選擇基元葉型，進行多級軸流壓氣機各級動、靜葉片的攻角與落后角計算，獲得壓氣機各列動、靜葉沿徑方向不同截面位置的葉片造型參數，完成各截面的二維基元葉型設計，選取展向積疊方式與積疊線控制方法，進行各列動、靜葉片的三維設計，完成葉片幾何造型；

(5)三維CFD分析：包括壓氣機設計工況與非設計工況的全三維CFD性能計算，通過全三維CFD計算，獲得多級軸流壓氣機在不同工況下的性能與內部流場狀況，判斷是否滿足設計要求；

若滿足設計要求，當前壓氣機氣動設計方案為最終設計方案；

若不滿足設計要求，則返回至需要調整的步驟進行設計優化；通過反復迭代，獲得最終滿足設計指標要求的多級軸流壓氣機氣動設計方案；

流量系數φ、載荷系數ψ與反動度Ω通過動葉進口軸向速度C_1a、動葉圓周速度U、動葉進出口絕對切向速度C_1u和C_2u進行計算：

流量系數：表征多級軸流壓氣機各級通流能力的無量綱參數；

載荷系數：表征多級軸流壓氣機各級負荷能力的無量綱參數；

反動度：表征多級軸流壓氣機各級中動、靜葉之間負荷分配情況的無量綱參數；

通過設計條件、進出口氣流條件以及幾何條件的給定，選擇流量系數φ、載荷系數ψ與反動度Ω在軸流壓氣機各級均徑處的逐級分布規律，計算得到壓氣機的初始設計方案；

采用壓氣機各級動葉進口環量Θ₁作為設計輸入參數，按照如下公式進行設計，通過選取不同的扭曲規律設計系數，獲得壓氣機各級動葉進口環量的沿徑分布規律：

上式中，R_ave1為該級動葉進口平均半徑，U_ave1為該級動葉進口均徑處圓周速度，Ω_ave為該級均徑處反動度，ψ_ave為該級均徑處載荷系數，以上參數通過一維反問題設計獲得；n、m為扭曲規律設計系數；

基于以上方法獲得壓氣機各級動葉進口環量的沿徑分布規律后，給定動葉效率與靜葉總壓恢復系數沿徑向的分布情況，采用流線曲率法進行多級軸流壓氣機的S2反問題求解，獲得多級軸流壓氣機各級動、靜葉沿徑向的氣動參數分布結果。