[发明专利]一种结合附面层抽吸的对转压气机气动设计方法

摘要

一种结合附面层抽吸的对转压气机气动设计方法，属于高负荷轴流压气机气动设计技术领域。该发明能够有效解决现有对转轴流压气机两列转子直接对转时存在的系列问题，同时也能避免附面层抽吸在转子中进行。利用基于动叶出口轴向速度提升的方式，在给定高负荷气动设计目标下，对第一列转子进行气动设计；根据第二列动叶转速确定第二列动叶入口处的绝对速度的轴向分速度；根据第二列转子入口马赫数需求与第一列转子负荷，计算第二列转子的入口预旋角；根据第二列转子出口轴向速度与出口气流角、第二列静子出口轴向速度求得第二列静叶中径出、入口速度。本发明能够充分挖掘对转压气机每列转子的做功能力，实现对转压气机高负荷气动设计。

主权项

一种结合附面层抽吸的对转压气机气动设计方法，对于第一列动叶，在高负荷气动设计条件下，大幅增加其出口轴向速度以确保第一列动叶效率；对于第一列静叶，结合附面层抽吸以控制其内部流动分离并为第二列动叶提供反预旋；对于第二列动叶，在高负荷设计条件下，通过大幅提升第二列列动叶出口轴向速度以确保第二列转子效率；对于第二列静叶，结合附面层抽吸以实现气流减速与轴向出气；根据发动机整机性能的需求给定如下参数：设计转速，包括第一列动叶转速u1以及第二列动叶转速u2；设计负荷，包括第一列动叶设计负荷Δwu1与第二列动叶设计负荷Δwu2；第一列动叶入口轴向速度c1z，第二列静子出口轴向速度c5z；对于第一列转子，根据其入口马赫数需求给定预旋，当第一列转子在轴向进气前提下已是跨音速或超音速时，通常直接轴向进气，即对于第一级动叶来说，其入口速度三角形已知，即u1，c1，w1均已知；其特征在于：所述结合附面层抽吸的对转压气机气动设计方法的具体实现过程为：步骤一、利用基于动叶出口轴向速度提升的方式，在给定高负荷气动设计目标下，对第一列转子进行气动设计，其动叶出口轴向速度确定方法如下：已知第一列转子入口速度三角形和动叶负荷，在给定稠度τ值情况下，利用式(1)利用式(1)计算得到第一列转子出口相对速度w2： D = 1 - w 2 w 1 + Δw u 2 τw 1 - - - ( 1 ) 由第一列转子入口速度三角形可求得第一列转子入口相对速度w1和第一列转子入口相对速度在圆周方向的分速度w1u；由动叶负荷可求得扭速Δwu；选取扩压因子D值；同时利用(2)式和(3)式可计算得到动叶出口轴向速度w2z，其中w2z＝c2z；w2u＝w1u+Δwu  (2) w 2 z = w 2 2 - w 2 u 2 - - - ( 3 ) 根据第一列转子入口速度三角形，动叶出口轴向速度与动叶负荷，求得第一列转子中径处速度三角形；步骤二、根据第二列动叶转速u2确定第二列动叶入口处的绝对速度c3的轴向分速度c3z：其确定方法如下，选取第二列动叶入口轴向速度值等于0.5或0.6倍的第二列动叶的圆周速度；根据第二列转子入口马赫数需求与第一列转子负荷，计算第二列转子的入口预旋角；步骤三、根据第二列转子的入口轴向速度与入口预旋角度，以及由第一列转子的出口 轴向速度与出口气流角，求得第一列静子中径处出口速度；步骤四、根据第二列转子的入口预旋角、圆周速度、入口轴向速度，得到第二列转子中径处入口速度三角形；根据步骤一再求得第二列转子中径处出口速度三角形；步骤五、根据第二列转子出口轴向速度与出口气流角、第二列静子出口轴向速度c5z求得第二列静叶中径出、入口速度；至此，对转压气机的中径处速度三角形求解完毕。