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题目:民用航空发动机流道设计方法研究

关键词:大涵道比;航空发动机;流道设计;形状因子

  摘要


航空发动机方案设计不止是热力循环参数的选择,而且包括流道尺寸设计和重量估算。在方案设计阶段,通过一维流道设计,可以产生一个基本满足设计指标要求的航空发动机雏形。所以在部件详细设计之前,率先进行各部件的流道设计是符合航空发动机设计需要的。

本文研究了一种大涵道比涡扇发动机流道尺寸设计方法,该方法可以在方案设计阶段快速地估算出发动机的整机流路。基于该方法开发出了民用航空发动机流道设计程序(CEFP)。从流道结构角度出发,本文将发动机部件划分为旋转部件和非旋转部件。根据旋转部件的流道结构及工作机理,将其设计方法细化为速度模型、损失模型和尺寸模型。速度模型中系统地讨论了亚音压气机叶栅、超音风扇叶栅及涡轮叶栅的进出口气流速度变化;针对不规则流道的设计难题,本文提出了形状因子的概念,在增压级和低压涡轮的设计上得到了成功应用。

非旋转部件包括环形S弯管和燃烧室;针对环形S弯管的设计,本文在分析了Sovran and Klomp扩压器特性表的使用局限后,引入了罗罗公司使用的一种S弯管设计方法,并在此方法的基础上,对其壁面函数做了改进,扩充了边界条件,很好地实现了进出口壁面任意坡度的半S弯管设计。对于燃烧室各构件尺寸的计算,文中主要参考了一些半经验公式。

文章最后选取了普惠公司的高效节能发动机方案作为该计算方法的验证对象,对该台发动机的主要部件做了详细的同参数对比计算,结果表明:最大截面误差不超过6%,很好地验证了该方法的工程适用性。