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畸变条件下航空发动机喘振/失速适航符合性方法

郭重佳 傅文广 孙鹏 白杰

郭重佳, 傅文广, 孙鹏, 等. 畸变条件下航空发动机喘振/失速适航符合性方法[J]. 航空动力学报, 2022, 37(12):2875-2886 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210521
引用本文: 郭重佳, 傅文广, 孙鹏, 等. 畸变条件下航空发动机喘振/失速适航符合性方法[J]. 航空动力学报, 2022, 37(12):2875-2886 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210521
GUO Chongjia, FU Wenguang, SUN Peng, et al. Airworthiness compliance method for aero-engine on surge/stall with distortion conditions[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(12):2875-2886 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210521
Citation: GUO Chongjia, FU Wenguang, SUN Peng, et al. Airworthiness compliance method for aero-engine on surge/stall with distortion conditions[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(12):2875-2886 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210521

畸变条件下航空发动机喘振/失速适航符合性方法

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210521
基金项目: 天津市教委科研计划项目(2021KJ060); 天津市多元投入基金项目青年项目(21JCQNJC00930)
详细信息
    作者简介:

    郭重佳(1996-),男,硕士生,研究方向为民航发动机气动热力学与适航技术。

    通讯作者:

    傅文广(1989-),男,讲师,博士,研究方向为叶轮机械气动热力学。E-mail:fwenguang@163.com

  • 中图分类号: V231.3

Airworthiness compliance method for aero-engine on surge/stall with distortion conditions

  • 摘要:

    为研究畸变条件下航空发动机对喘振/失速特性适航条款的符合性验证方法,将用于发动机稳定性评定的畸变试验方法应用于适航领域。以某型大涵道比涡扇发动机为研究对象,采用数值模拟方法研究了其在0°~30°迎角条件下的部件特性,并依据所得畸变图谱设计了不同结构的畸变发生器。结果表明:所设计的畸变发生器可以在一定程度上较好地模拟出不同迎角工况的畸变图谱、风扇的气动特性及流场特征,喘振裕度最大偏差4.32%。总结出发动机喘振裕度与不同迎角和畸变发生器之间的变化关系,用以确定适航条款要求的稳定工作范围。依据中国民用航空规章,发展了一种进气畸变条件下航空发动机喘振/失速特性符合性验证方法,并明确了其在型号合格审定过程的任务阶段。

     

  • 图 1  计算域和发动机模型

    Figure 1.  Computational domain and aero-engine model

    图 2  计算网格

    Figure 2.  Computational grid

    图 3  内流道边界条件

    Figure 3.  Boundary conditions of inner

    图 4  短舱风扇计算模型网格无关性验证

    Figure 4.  Mesh independency investigation of nacelle and fan calculation model

    图 5  发动机性能测试平台及数值校核

    Figure 5.  Aero-engine performance test platform and numerical verification

    图 6  AIP总压恢复系数云图

    Figure 6.  Total pressure recovery coefficient contour of AIP

    图 7  不同类型插板结构示意图

    Figure 7.  Structural diagram of different types of plugboard

    图 8  畸变发生器气动计算模型

    Figure 8.  Aerodynamic calculation model of distortion generator

    图 9  带畸变发生器的全通道网格模型

    Figure 9.  Full channel mesh model with distortion generator

    图 10  畸变发生器计算模型网格无关性验证

    Figure 10.  Mesh independency investigation of distortion generator calculation model

    图 11  不同迎角工况与月牙式畸变发生器方案AIP图谱对比

    Figure 11.  Comparison of AIP maps under different attack angles and various crescent distortion generator schemes

    图 12  风扇进口流线(Ma=0.4,α=30°)

    Figure 12.  Fan inlet flow line (Ma=0.4,α=30°)

    图 13  组合插板方案与30°迎角工况图谱

    Figure 13.  Combined plugboard scheme and 30° attack angle working condition map

    图 14  风扇99%叶高S1流面熵云图

    Figure 14.  Entropy contour of S1 flow surface at 99% blade height of fan

    图 15  OGV出口无量纲密流云图

    Figure 15.  Dense flow ratio contour of OGV outlet

    图 16  不同迎角和插板方案风扇特性对比

    Figure 16.  Comparison of fan characteristics at different attack angles and plugboard schemes

    图 17  不同方案的喘振裕度变化曲线

    Figure 17.  Surge margin variation curves of different schemes

    图 18  喘振/失速特性符合性验证流程及其在型号合格审定过程所处阶段

    Figure 18.  Surge/stall characteristic compliance verification process and its stage in the model qualification process

    表  1  风扇和OGV设计参数

    Table  1.   Design parameters of fan and OGV

    设计参数 数值
    风扇数 14
    转速/(r/min) 13069
    叶顶间隙/mm 0.5
    风扇展弦比 1.46
    OGV数 40
    总增压比 1.19
    涵道比 6.851
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    表  2  不同参数畸变发生器设计和计算方案

    Table  2.   Design and calculation scheme of distortion generator with different parameters

    畸变发生器类型方案H*/%κL/mmX/mm
    月牙式插板M115.714Ⅰ100/Ⅱ150/Ⅲ200/Ⅳ350/Ⅴ700
    M225.711Ⅰ100/Ⅱ150/Ⅲ200/Ⅳ350/Ⅴ700
    M335.705Ⅰ100/Ⅱ150/Ⅲ200/Ⅳ350/Ⅴ700
    M455.682Ⅰ100/Ⅱ150/Ⅲ200/Ⅳ350/Ⅴ700
    组合式插板ACA15.55.219100Ⅰ110/Ⅱ120/Ⅲ130
    CA265.219100Ⅰ110/Ⅱ120/Ⅲ130
    组合式插板BCB15.55.714100Ⅰ110/Ⅱ120/Ⅲ130
    CB265.714100Ⅰ110/Ⅱ120/Ⅲ130
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-09-18
  • 网络出版日期:  2022-11-02

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