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NPU-LL叶片系列构型气动性能研究

赵清周 廖明夫 刘前智

赵清周, 廖明夫, 刘前智. NPU-LL叶片系列构型气动性能研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(8): 1278-1288. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220153
引用本文: 赵清周, 廖明夫, 刘前智. NPU-LL叶片系列构型气动性能研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(8): 1278-1288. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220153
ZHAO Qingzhou, LIAO Mingfu, LIU Qianzhi. Aerodynamic Performance Study on NPU-LL Blade Series Configuration[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(8): 1278-1288. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220153
Citation: ZHAO Qingzhou, LIAO Mingfu, LIU Qianzhi. Aerodynamic Performance Study on NPU-LL Blade Series Configuration[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(8): 1278-1288. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220153

NPU-LL叶片系列构型气动性能研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220153
详细信息
    作者简介:

    赵清周(1995-), 博士研究生, 研究方向为航空发动机转子动力学, qzzhao@mail.nwpu.edu.cn

    通讯作者:

    廖明夫, 教授, 博士生导师, mfliao@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: TV232.4

Aerodynamic Performance Study on NPU-LL Blade Series Configuration

  • 摘要: 为提高轴流压气机气动负荷和稳定性,本文将若干个叶片的前缘和后缘在不同轴向位置上沿圆周方向彼此交错排列,构成压气机的一个非均匀叶片排。提出了4种压气机叶片新型排布构型——NPU-刘-廖叶片系列构型,简称LL叶片系列构型, 分析了NPU-LL叶片系列构型的结构特征和参数,探索了其流动特性,初步揭示了NPU-LL叶片系列构型在流动控制方面的突出优势,计算了4种NPU-LL叶片叶栅布局的气动特性,并与常规叶栅进行了对比。研究结果表明,NPU-LL叶片系列构型打破了传统叶片均匀布局局限,可有效地提升压气机的气动性能,为压气机性能的优化设计提供了一种新思路。
  • 图  1  123叶片构型叶栅布局

    图  2  122叶片构型叶栅布局

    图  3  132叶片构型叶栅布局

    图  4  12321叶片构型叶栅布局

    图  5  叶片前、后缘波形排布

    图  6  NPU-LL叶片构型流动控制机理

    图  7  常规叶片构型流动马赫数分布

    图  8  123叶片构型流动马赫数分布(叶片安装角59.5°)

    图  9  123叶片构型流动马赫数分布(2和3号叶片安装角增大2°, 安装角61.5°)

    图  10  122叶片构型流动马赫数分布(叶片安装角59.5°)

    图  11  122叶片构型流动马赫数分布(2号叶片安装角增大2°, 安装角61.5°)

    图  12  132叶片构型流动马赫数分布(10%交错量)

    图  13  132叶片构型流动马赫数分布(5%交错量)

    图  14  12321叶片构型流动马赫数分布

    图  15  123构型和常规叶栅特性对比

    图  16  122构型和常规叶栅特性对比

    图  17  132构型和常规叶栅特性对比

    图  18  12321构型和常规叶栅特性对比

    表  1  123叶片构型特征参数

    特征参数 定义 建议的取值范围
    轴向宽度 L
    周向间距 h1
    h2
    h3
    前缘交错量 a1
    4%~15%
    a2
    4%~15%
    后缘交错量 e1
    4%~15%
    e2
    4%~15%
    1号叶片 叶型
    安装角 βy1
    2号叶片 叶型
    安装角 βy2 1°~6°(Δβy2)
    3号叶片 叶型
    安装角 βy3 1°~6°(Δβy3)
    下载: 导出CSV

    表  2  122叶片构型特征参数

    特征参数 定义 建议的取值范围
    轴向宽度 L
    周向间距 h1
    h2
    h3
    前缘交错量 a1
    4%~15%
    后缘交错量 e1
    4%~15%
    1号叶片 叶型
    安装角 βy1
    2号叶片 叶型
    安装角 βy21 1°~6°(Δβy21)
    2号叶片 叶型
    安装角 βy22 1°~6°(Δβy22)
    下载: 导出CSV

    表  3  132叶片构型特征参数

    特征参数 定义 建议的取值范围
    轴向宽度 L
    周向间距 h1
    h2
    h3
    前缘交错量 a1
    4%~15%
    a2
    4%~15%
    后缘交错量 e1
    4%~15%
    e2
    4%~15%
    1号叶片 叶型
    安装角 βy1
    2号叶片 叶型
    安装角 βy2 1°~6°(Δβy2)
    3号叶片 叶型
    安装角 βy3 1°~6°(Δβy3)
    下载: 导出CSV

    表  4  12321叶片构型特征参数

    特征参数 定义 建议的取值范围
    轴向宽度 L
    周向间距 h1
    h2
    h3
    h4
    前缘交错量 a1
    4%~15%
    a2
    4%~15%
    后缘交错量 e1
    4%~15%
    e2
    4%~15%
    1号叶片 叶型
    安装角 βy1
    2号叶片 叶型
    安装角 βy21 1°~6°(Δβy21)
    2号叶片 叶型
    安装角 βy22 1°~6°(Δβy22)
    3号叶片 叶型
    安装角 βy3 1°~6°(Δβy3)
    下载: 导出CSV

    表  5  进口气流参数

    进口总压/Pa 进口总温/K 进气攻角/(°) 进口马赫数
    101 325 288.15 4 0.6
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    表  6  常规叶栅气动性能

    攻角/(°) 损失系数 气流转折角/(°)
    8 0.241 9 16.1
    6 0.175 6 16.7
    4 0.111 3 17.3
    2 0.072 2 17.4
    1 0.064 9 17.1
    0 0.061 8 16.5
    -1 0.061 2 15.8
    -2 0.063 1 15.0
    -4 0.080 0 12.4
    -6 0.148 1 7.5
    -8 0.291 7 2.4
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    表  7  NPU-LL叶片系列构型叶栅气动性能

    叶栅布局 攻角/(°) 损失系数 气流转折角/(°)
    123型叶栅 8 0.264 3 17.0
    6 0.203 9 17.0
    4 0.145 0 17.3
    2 0.095 5 17.5
    1 0.077 9 17.6
    0 0.065 5 17.5
    -1 0.059 6 17.2
    -2 0.057 8 16.5
    -4 0.060 6 15.0
    -6 0.077 3 12.5
    -8 0.138 5 8.0
    122型叶栅 8 0.270 3 16.6
    6 0.210 6 16.5
    4 0.144 0 17.2
    2 0.084 1 18.0
    1 0.067 7 18.0
    0 0.060 4 17.7
    -1 0.058 0 17.1
    -2 0.059 0 16.4
    -4 0.063 1 14.5
    -6 0.085 8 11.8
    -8 0.150 2 7.3
    132型叶栅 8 0.239 3 16.0
    6 0.162 8 16.3
    4 0.114 1 16.9
    2 0.079 9 17.0
    1 0.068 0 17.0
    0 0.061 5 16.5
    -1 0.060 7 15.9
    -2 0.062 8 14.9
    -4 0.077 5 12.2
    -6 0.116 6 8.7
    -8 0.209 7 4.4
    12321型叶栅 8 0.242 4 15.0
    6 0.183 9 16.5
    4 0.117 4 16.7
    2 0.075 3 16.8
    1 0.066 2 16.5
    0 0.062 5 16.0
    -1 0.061 5 15.2
    -2 0.062 1 14.5
    -4 0.075 7 12.2
    -6 0.124 2 8.5
    -8 0.236 9 3.9
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-25
  • 刊出日期:  2022-08-25

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