渦扇發動機波瓣氣動熱力性能與結構一體化設計理論

《渦扇發動機波瓣氣動熱力性能與結構一體化設計理論》是依託重慶大學，由謝翌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：渦扇發動機波瓣氣動熱力性能與結構一體化設計理論
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：謝翌
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

本課題以航空發動機波瓣混合排氣系統為研究對象，對波瓣內涵進氣預旋，波瓣在氣動、熱力載荷聯合作用下的結構強度特性，顫振問題以及波瓣混合器排氣系統氣動熱力性能及結構一體化協同最佳化方法進行了研究。在進氣預旋方面，本課題將研究內涵進氣預旋與波瓣混合排氣系統流場中各渦繫結構相互作用的機理，預旋同渦系耦合作用對流場、溫度場的影響，波瓣混合排氣系統流場、溫度場以及氣動熱力性能參數隨進氣預旋強度的變化規律。在結構方面，本課題將研究氣動、熱力載荷耦合作用下，波瓣混合器的受力變形機理，波瓣變形對流場、溫度以及氣動熱力性能參數的影響，以及波瓣幾何結構及厚度對波瓣受力、變形、自身模態以及振動的影響；並揭示波瓣氣動彈性不穩定現象的機理以及發生條件。在波瓣協同最佳化理論方法，本課題研究了在氣動熱力性能以及結構子系統學科最佳化器中代理模型的構造，並在此基礎上建立了波瓣混合排氣系統氣動熱力及結構協同最佳化設計方法。

結題摘要

以航空發動機波瓣混合器結構對混合排氣系統氣動熱力性能影響的資料庫為基礎，對進氣預旋和波瓣變形對混合排氣系統流場以及氣動熱力性能的影響規律展開研究。在進氣預旋方面，本研究進氣預旋角大小對環形混合器以及波瓣混合器流動以及性能影響展開了研究。結果表明，隨著進氣預旋角的增加環形混合器及波瓣混合器剪下層及流向渦的扭曲程度逐漸加大，流動損失逐漸提高，推力損失逐漸增大。在縱向對比方面，由於波瓣混合器的平行側壁具有一定的流動引導和消旋作用，波瓣混合排氣系統中，氣體推力的損失小於環形混合器混合排氣系統。氣動彈性方面，波瓣中心位置的平行側壁在大溫度梯度以及高壓力梯度的聯合作用下會向波谷方向拱起，且變形隨波瓣高度的增加不斷增大。在混合排氣系統設計方面，本課題基於B樣條曲線，建立了環形混合器混合排氣系統噴管、中心錐以及混合器位置的參數化模型，採用了空間領域法對傳統的粒子群最佳化算法進行了改進，最終建立了噴管-中心錐-混合器位置的環形混合器混合排氣系統一體化最佳化設計方法。在此基礎上對環形混合器混合排氣系統進行了最佳化設計，提高了排氣系統整體性能。在該排氣系統的基礎上，本課題研究了不同階數的回響面模型對波瓣混合排氣系統性能的預測精度，並最終建立波瓣高度、寬度對波瓣混合排氣系統熱混合效率、總壓恢復係數、推力、波瓣重量以及波瓣受力的預測模型。並以此為基礎建立採用協同最佳化的方法建立波瓣混合排氣系統氣動性能及結構協同最佳化設計方法。