[发明专利]压气机周向涡量通流设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机压气机气动设计方法，尤其涉及一种以周向涡量为诊断参数的压气机通流设计方法。

背景技术

压气机是航空发动机的三大部件之一，起到对气流压缩作功的作用。压气机内部流动非常复杂，存在各种旋涡结构，如尾涡、叶尖泄漏涡、通道涡等，各种旋涡结构对压气机总性能参数压比、效率等有定量的影响，合理组织涡量场的分布是压气机设计成功的关键。

通流设计方法是压气机初步设计的必需步骤。通流设计是在柱坐标系轴对称假设下，进行子午面流动参数的计算，从而得到叶片造型所需的数据。环量分布是通流设计中关键的气动输入参数，环量分布代表的即是加功量分布，给定合理的环量分布形式是压气机设计成功的关键，环量分布形式直接影响到压气机内部涡量场的分布。传统的环量分布往往依靠设计者的经验进行给定，然后再进行三维计算，得到流场和涡量场信息，评价压气机是否符合设计要求，若有不足之处，再返回通流设计修改环量分布或流道、叶片前尾缘曲线，反复进行多次直到得到满意的设计结果。传统通流设计方法对设计者经验要求很高，且尚未从合理组织涡量场角度进行指导环量分布。

传统通流设计方法至少可以在以下方面进行补充：

(1)在通流设计阶段给定合理的环量分布形式预先组织涡量场；

(2)通过关键的涡量分布参数指导并优化环量分布形式的给定。

发明内容

作为压气机传统通流设计方法的补充，本发明提供一种周向涡量优化环量分布的通流设计方法。

由于压气机内部是一个高强度的复杂涡量场，各类旋涡涡量对压气机总性能参数都有其正负、大小贡献，通过研究发现周向涡量这个新型的涡动力学参数对压气机性能如流量、压比、效率有重要影响，当周向涡量正峰值越贴近于机匣表面，负峰值越贴近于轮毂表面时，即正、负峰值不向主流区扩散，压气机加功增压能力越强，流量、压比、效率等指标越高。

本发明为了在压气机初步设计阶段能预先有效地控制周向涡量分布，将周向涡量诊断应用于通流设计中。根据理论推导和机理分析，提出周向涡量在通流设计子午面最优的分布准则是：子午面主流区周向涡量接近于零。根据该设计准则，从叶轮机轴对称Crocco方程出发，并利用涡量与环量的密切关系，得到了环量的优化迭代公式。

轴对称假设下，涡量的各分量如下，且与环量有如下关系：

ωr=∂Vzr∂θ-∂Vθ∂z=-1r∂Γ∂z---(1)]]>