● 摘要
压气机作为航空燃气涡轮发动机最关键的核心部件之一，其性能大大影响着航空燃气涡轮发动机的优劣。随着航空推进系统向高推重比的方向发展，对压气机性能的要求也越来越高。因此，加快发展压气机的设计水平，完善压气机的设计体系显得至关重要。本文在本课题组前人工作的基础上，编制了轴流/离心压气机叶片通用任意空间曲面造型设计程序，并搭建了轴流/离心压气机通用叶片造型设计系统的可视化设计平台—DAOS系统。利用该系统进行了某小型离心压气机气动设计和优化，以及某双涵道组合压气机的气动设计，并进行了超音管式扩压器的设计。 第二章详细介绍了S2m流面流线曲率法通流设计计算的基本方程和数值过程，任意空间曲面造型方法的原理、基本方程和造型过程，以及轴流/离心压气机通用叶片造型设计系统可视化设计平台DAOS系统的搭建。 在设计过程中使用某一数值软件，必须对该软件进行必要的考核，才能使设计过程达到相对可以信赖的程度。本文对设计结果的验证均采用Numeca三维数值计算软件进行正问题流场分析。因此，第三章对三维数值计算软件Numeca进行了考核。 第四章采用轴流/离心压气机通用叶片造型设计系统进行了某小型离心压气机的气动设计。详细介绍了该离心压气机气动设计过程中流道形状的选择、通流设计参数的选择以及造型设计参数的选择等设计过程，并采用三维数值计算软件Numeca对设计结果进行了验算。从各转速特性线和近设计点的流场分析可以看出，该气动设计方案基本达到了设计指标的要求。 第五章对第四章所设计的离心压气机的离心叶轮进行了气动优化设计。通过对子午流道形式的优化，得到了离心叶轮进口叶尖最小的相对马赫数和叶轮出口沿叶高方向较宽的高效率范围。采用任意造型和直纹面造型两种方法进行了叶型的优化设计，Numeca数值计算的结果表明，两种方法均成功的提高了该压气机在各转速下的失速裕度，扩大了其稳定工作范围，并且使得该压气机在设计点附近的性能也得到了提高。由于能更好的适应来流并导流，任意造型的气动性能优于直纹面造型。但由于加工简单，对刀具和材料等的要求较低，在达到设计指标要求的前提下，直纹面造型更易于被工程实际所采用。 第六章采用轴流/离心压气机通用叶片造型设计系统进行了某双涵道组合压气机的气动设计。经过Numeca数值检验，发现低压压气机的气动性能基本达到设计要求，但高压离心压气机的性能与设计要求相差较远。针对高压离心压气机的特点，进行了适合于高压比离心压气机的超音管式压器的设计，并与常规叶片式扩压器进行了比较。Numeca数值计算结果显示：采用管式扩压器后压气机的压比和效率有了很大的提高；管式扩压器更适合于超音来流，它的特殊的进口结构能够把不均匀来流调匀，降低通道的激波强度，大大的减小损失；但是管式扩压器的特性线比较陡峭，在离心叶轮流量偏大的情况下，使用管式扩压器后压气机的失速裕度变得非常的小。