一种压气机扩稳设计方法、装置、计算机设备及介质制造方法及图纸

本申请涉及一种压气机扩稳设计方法、装置、计算机设备及介质。所述方法包括：首先对目标压气机叶片进行数值仿真，确定每个叶高截面的吸力面上的流动分离区域，然后根据流动分离区域的位置以及叶片弦长的无量纲值和叶片最大厚度的无量纲值确定扩稳结构的起始位置、高度和截止位置；最后获取同一叶片的整个叶高范围内所有或部分叶高截面上生成的扩稳结构，构建生成压气机扩稳装置，通过压气机扩稳装置控制目标压气机叶片上方的来流由层流转捩为湍流，从而增强叶片抗反压的能力，并推迟流动分离在叶片吸力面迁移的过程，在控制维持压气机效率的前提下，大幅度扩大压气机叶片稳定工作的范围。的范围。的范围。

【技术实现步骤摘要】
一种压气机扩稳设计方法、装置、计算机设备及介质


[0001]本申请涉及压气机扩稳
，特别是涉及一种压气机扩稳设计方法、装置、计算机设备及介质。

技术介绍

[0002]随着高性能航空发动机的研制目标不断提高，愈发要求其重要核心部件——压气机同时具备在更高负荷及更宽范围内稳定工作的能力。在提高压气机级负荷时，最直接的办法是提高转子切线速度以提升其做功能力，但受限于结构材料的强度限制以及高叶尖转速带来的流动损失，不能无限制提升其转速。此外，高负荷运转工况下，压气机叶片通道内的扩压程度增加，即通道内的逆压梯度更高，更容易引发流动分离，使得压气机的效率和稳定性进一步降低。然而，压气机的稳定工作范围对整机的可靠运行有极重要的影响，若要避免发生整机喘振等非稳态运行工况，拓宽发动机工作范围，首先则要保证压气机的稳定工作裕度足够大。
[0003]近年来，大量针对减小压气机流动损失、增加压气机稳定工作范围的研究不断开展。学者们一般将其总结为叶轮机扩稳及流动控制技术，其本质是采用相应技术手段改变和控制气体的流动状态，以期达到提高压气机性能的目的。当前应用在压气机内的流动扩稳技术按是否消耗外部能量可以大致分为两类：一种是需要外置设备对压气机内的气体输入能量、建立控制回路的技术，将其称为主动流动控制技术。这种技术的优点是作用效果明显而且使用灵活，缺点则是需要携带额外的辅助装置和控制系统，增加了发动机的重量和系统复杂度。主动流动控制技术一般包含以吹气为主的叶片射流、端壁射流、叶顶喷气等技术，以及以抽吸为主的端壁附面层抽吸、叶片附面层抽吸等技术。相比于主动流动控制技术，另一种无需消耗外部能量，利用调整和改变叶片通道结构的办法来控制气体流动状态的被动流动控制技术，可行性及可操作性更强，已经被广泛的应用到航空叶轮机中。这些方法由于其工程可实现性强，也是当前相关研究人员关注的重点，按其作用方式和作用位置不同，可以划分为端壁造型、涡流发生器、机匣处理等方法。在实际应用过程中，一种或多种方式组合实现扩稳目的的情况也是可能的。但是对于被动流动控制技术而言，单独一种方式难以实现在效率基本不变的条件下，显著提升压气机稳定工作范围，要么提升了稳定工作范围，但其效率有很大的损失；要么提升了效率，但对稳定工作范围的影响有限。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在维持压气机效率的前提下，实现增强压气机稳定工作裕度及范围的一种压气机扩稳设计方法、装置、计算机设备及介质。
[0005]一种压气机扩稳设计方法，所述方法包括：
[0006]对目标压气机叶片进行数值仿真，确定每个叶高截面的吸力面上的流动分离区域，在流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长确定扩稳结构的起始位置；
[0007]在起始位置生成吸力面曲线的切线，沿吸力面曲线的切线作设定大小垂线与吸力
面曲线相交，设定大小垂线与吸力面曲线的交点位于流动分离区域附近；
[0008]根据设定大小垂线和叶片最大厚度确定扩稳结构的高度，根据设定大小垂线与吸力面曲线的切线的交点确定扩稳结构的截止位置；
[0009]根据起始位置、高度和截止位置确定任意一个叶高截面上生成的扩稳结构，获取同一叶片的整个叶高范围内所有或部分叶高截面上生成的扩稳结构，构建生成压气机扩稳装置，通过压气机扩稳装置控制目标压气机叶片上方的来流由层流转捩为湍流，同时抑制来流下游的分离流动在反压增大过程中进行前传，实现压气机叶片扩稳。
[0010]在其中一个实施例中，在流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长确定扩稳结构的起始位置，包括：
[0011]根据吸力面上方的来流方向，在流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长的无量纲值确定扩稳结构的起始位置；其中，起始位置的取值范围为叶片弦长的无量纲值的0％～90％。
[0012]在其中一个实施例中，从所述扩稳结构的起始位置开始，吸力面上方的来流沿吸力面曲线的切线向下游流动。
[0013]在其中一个实施例中，根据设定大小垂线和叶片最大厚度确定扩稳结构的高度，包括：
[0014]在流动分离区域附近，根据设定大小垂线确定扩稳结构的高度；其中，高度的取值范围为叶片最大厚度的无量纲值的0％～40％。
[0015]在其中一个实施例中，在不同的叶高截面上，通过调整叶片结构参数的无量纲值，生成的扩稳结构的起始位置、高度和截止位置不定；其中，叶片结构参数包括叶片弦长和叶片最大厚度。
[0016]一种压气机扩稳装置，装置由上述一种压气机扩稳设计方法制备得到。
[0017]在其中一个实施例中，在同一叶片的整个叶高范围内，压气机扩稳装置的分布形式包括全叶高分布，部分叶高分布和分段分布。
[0018]一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
[0019]对目标压气机进行数值仿真，确定每个叶高截面的吸力面上的流动分离区域，在流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长确定扩稳结构的起始位置；
[0020]在起始位置生成吸力面曲线的切线，沿吸力面曲线的切线作设定大小垂线与吸力面曲线相交，设定大小垂线与吸力面曲线的交点位于流动分离区域附近；
[0021]根据设定大小垂线和叶片最大厚度确定扩稳结构的高度，根据设定大小垂线与吸力面曲线的切线的交点确定扩稳结构的截止位置；
[0022]根据起始位置、高度和截止位置确定任意一个叶高截面上生成的扩稳结构，获取同一叶片的整个叶高范围内所有或部分叶高截面上生成的扩稳结构，构建生成压气机扩稳装置，通过压气机扩稳装置控制目标压气机叶片上方的来流由层流转捩为湍流，同时抑制来流下游的分离流动在反压增大过程中进行前传，实现压气机叶片扩稳。
[0023]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0024]对目标压气机叶片进行数值仿真，确定每个叶高截面的吸力面上的流动分离区
域，在流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长确定扩稳结构的起始位置；
[0025]在起始位置生成吸力面曲线的切线，沿吸力面曲线的切线作设定大小垂线与吸力面曲线相交，设定大小垂线与吸力面曲线的交点位于流动分离区域附近；
[0026]根据设定大小垂线和叶片最大厚度确定扩稳结构的高度，根据设定大小垂线与吸力面曲线的切线的交点确定扩稳结构的截止位置；
[0027]根据起始位置、高度和截止位置确定任意一个叶高截面上生成的扩稳结构，获取同一叶片的整个叶高范围内所有或部分叶高截面上生成的扩稳结构，构建生成压气机扩稳装置，通过压气机扩稳装置控制目标压气机叶片上方的来流由层流转捩为湍流，同时抑制来流下游的分离流动在反压增大过程中进行前传，实现压气机叶片扩稳。
[0028]上述一种压气机扩稳设计方法，通过对目标压气机叶片进行数值仿真，确定叶高截面的吸力面上的流动分离区域，在流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长确定扩稳结构的起始位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压气机扩稳设计方法，其特征在于，所述方法包括：对目标压气机叶片进行数值仿真，确定每个叶高截面的吸力面上的流动分离区域，在所述流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长确定扩稳结构的起始位置；在所述起始位置生成吸力面曲线的切线，沿所述吸力面曲线的切线作设定大小垂线与所述吸力面曲线相交，所述设定大小垂线与所述吸力面曲线的交点位于所述流动分离区域附近；根据所述设定大小垂线和叶片最大厚度确定所述扩稳结构的高度，根据所述设定大小垂线与所述吸力面曲线的切线的交点确定所述扩稳结构的截止位置；根据所述起始位置、高度和截止位置确定任意一个叶高截面上生成的扩稳结构，获取同一叶片的整个叶高范围内所有或部分叶高截面上生成的所述扩稳结构，构建生成压气机扩稳装置，通过所述压气机扩稳装置控制目标压气机叶片上方的来流由层流转捩为湍流，同时抑制来流下游的分离流动在反压增大过程中进行前传，实现压气机叶片扩稳。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长确定扩稳结构的起始位置，包括：根据吸力面上方的来流方向，在所述流动分离区域的起始位置的上游，根据叶片弦长的无量纲值确定扩稳结构的起始位置；其中，所述起始位置的取值范围为所述叶片弦长的无量纲值的0％～90％...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊兵，范晓樯，王翼，熊冰，唐啸，陈镜帆，吴非，闫跃鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：