● 摘要
为了适应现代空战“信息化、电子化、无人化、小型化”的特点，无人机尤其是小型无人机、各种小型精密制导炸弹和小型诱饵机等成为未来战争武器的发展方向。因此小型无人机巡航导弹的研究工作十分重要紧迫，作为其主要推进动力的微小型涡喷、涡扇发动机的研制工作已经开始受到重视并且得到了快速的发展。离心压气机由于性能稳定、制造成本低，能够在较小流量下得到较高的单级增压比和相对较宽广的稳定裕度，因而被广泛应用于小型发动机及涡轮增压附件机械。因此，提高离心压气机的性能，得到高压比高效率高稳定裕度的压气机对于提高涡轮动力机械的性能有着重大的作用。而离心压气机中的流动十分复杂，采用数值模拟的方法与进行实验研究相比，是相对便捷且不失有效的。本文首先使用了一套本组自行开发的可运用于可压缩流体的叶轮机设计体系，进行了某高空无人侦察机用小型发动机的离心压气机部件的特性设计，再通过三维数值模拟软件NUMECA进行数值模拟验证，通过多轮的修改调整使设计结果基本满足了工程的需求。在设计过程还中研究了微小型离心压气机内部流场转静干涉、高度非定常性、以及受小尺度低雷诺数影响等特点。本文第二部分工作利用三维数值模拟软件NUMECA对某高转速（75513rpm）离心压气机设计进行了粘性流场的三维数值模拟计算，采用S-A湍流模型，计算了设计转速与非设计转速（84%设计转速、93%设计转速、98%设计转速）下的三维流场，得到了相应的特性曲线。并将计算结果与实验测量的数据进行了比较，得到了较为一致的结果，表明对压气机性能的数值模拟较为准确。数值计算的结果显示出：近设计点的性能模拟能很好地满足设计要求，失速裕度为16.06%；转子叶轮叶片尖部位置入射角过大造成了严重的分离，径向扩压器的吸力面也存在较为严重的分离，这些分离造成了损失，导致了效率的降低；数值计算的结果对进一步改进该压气机设计有一定的参考价值。