單級跨聲速壓氣機旋轉失速模擬方法

王子維, 劉東健, 陳 逖

(中國空氣動力研究與發展中心, 四川綿陽 621000)

引 言

壓氣機的氣動穩定性是影響航空發動機性能、 穩定性、 安全性和壽命的關鍵因素之一. 為了避免壓氣機出現氣動失穩, 須對其設計進行折衷, 這通常會導致壓氣機設計點性能的降低. 通過對壓氣機的氣動失穩現象進行研究, 探索其流動機理, 對于找到可行的抑制失穩的流動控制方式, 從而拓寬壓氣機的失穩邊界, 改進設計, 提高壓氣機設計點的性能, 有著積極的促進作用.

旋轉失速是壓氣機氣動失穩的主要表現形式之一. 目前, 旋轉失速的流動機理尚未完全建立起來[1]. 當前對于旋轉失速的模擬主要分為建模分析和全三維數值模擬兩種. 通過對壓氣機的葉排效率和落后角等建模, 可以在一維尺度上完成壓氣機失速邊界的快速預測[2]. 然而, 這種方法對于探索壓氣機失速流動機理并無作用. 另外, 南航屠寶鋒[3], 郭晉等[4]采用三維非定常可壓縮Euler方程和三維激波盤模型, 發展了一種可分析風扇/壓氣機三維非定常動態失速過程的計算模型和計算程序. 這種計算模型可以較準確地模擬失速前壓氣機內部非定常流動的變化情況, 然而并沒有將黏性的影響考慮在內. 有較多的研究者對壓氣機進行全三維黏性定常模擬, 通過計算發散來判斷壓氣機是否失穩[5]. 然而, 這種方法有一定的局限性, 數值發散與流動失穩并不能完全對應; 另外, 這種方法也無法模擬……