我国跨声速大型低温连续式风洞轴流压缩机研制计划x.pptx
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我国跨声速大型低温连续式风洞轴流压缩机研制计划x.pptx
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我国跨声速大型低温连续式风洞轴流压缩机研制计划,北京航空航天大学团队计划,应用空气动力学研究室,一、低温跨声速高Re数风洞概况二、低温风洞轴流压缩机基本要求三、低温风洞轴流压缩机初步方案四、低温风洞轴流压缩机设计研究,2019-11-18,应用空气动力学研究室,一、跨声速高Re数风洞概况,2019-11-18,应用空气动力学研究室,目前,世界上能够完成大型运输机跨声速巡航、高Re数风洞试验的设备,只有美国兰利研究中心的NTF风洞(TheNationalTransonicFacility)和欧洲ETW风洞(EuropeanTransonicWindTunnel)。
从风洞设备定义属于:
高雷诺数、跨声速、低温、增压、单回路、连续式风洞。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,这种风洞设备的优点:
可以独立控制试验段总温、总压、风扇速度等参数,以便分别研究Ma数(压缩性)、Re数(粘性)和气动弹性(动压)效应,实现风洞试验段雷诺数和马赫数达到原型机实际飞行的数值,为风洞试验的雷诺数和马赫数修正提供了重要依据,是各国研制大型运输机的必须设备。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,美国NTF试验段宽2.5m、高2.5m、长7.6m,为了防止跨声速流动气流堵塞,试验段顶部和底部分别开6条槽。
风洞液氮喷射装置可使风洞试验段在总温116K下运行,试验段总温为116K338K下运行,试验段总压在101.4KPa917KPa。
试验段每米雷诺数范围可获得6.6106475.7106/m,马赫数范围0.11.2。
美国TheNationalTransonicFacilityNTF,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,ETW风洞,试验段宽2.4m、高2.0m、长9.0m,为了防止跨声速流动气流堵塞,试验段顶部和底部分别开6条槽。
试验段每米雷诺数范围可获得6.6106230106/m,马赫数范围0.151.35。
风洞液氮喷射装置可使风洞试验段在总温110K下运行,试验段总温为110K313K,试验段总压在115KPa450KPa。
欧洲ET(EuropeanTransonicWindTunnel),2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,二、低温风洞轴流压缩机基本要求,2019-11-18,应用空气动力学研究室,1、NTF轴流压缩机(IGV,带前导流片),1、前导流片起Ma数微调作用,精度1/10002、一级轴流压缩机3、导流片24片,动叶25片(定桨距碳纤维)、静叶26片4、压缩机直径6.1m,功率101MW,变频交流电机,压缩机转速范围60600rpm。
5、头罩和尾罩段声学处理(谐振腔消声器,试验段降噪13dB)。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2、ETW二级轴流压缩机(IGV),1、前导流片起Ma数微调作用,精度1/10002、二级轴流压缩机3、导流片?
片,动叶32片(定桨距碳纤维)、静叶?
片4、压缩机直径4.5m,功率50MW,变频交流电机,压缩机转速范围60830rpm。
5、无声学处理。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,在国外文献中,对于NTF、ETW风洞的动力系统,90%以上文献称为轴流风扇(AxialFlowFan),不到10%的文献采用轴流压缩机(AxialFlowCompressor)。
有些西方教科书,把不考虑空气压缩性的称为风扇,而把考虑空气压缩性的称为压缩机。
严格而言,本轴流压缩机实际上属于考虑空气压缩性影响的轴流风扇。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,二级轴流风扇,压增8.1KPa,2019-11-18,应用空气动力学研究室,本风洞二级轴流压缩机,压增150KPa,2019-11-18,应用空气动力学研究室,3、风洞轴流压缩机的基本要求1、压缩机不仅给风洞气流提供动能,而且是风洞通流部件的一部分,压缩机轴线与风洞第二低速扩散段轴线重合;2、与风洞连接的压缩机进出口气流沿轴向,以使风洞气流稳定、平顺,避免风洞内差的流场品质;3、通过压缩机叶栅通道内的气流必须平稳,稳定工作范围宽,以适应风洞试验段气流速度变化的需要;4、在风洞运行速度范围内,避免绕过叶栅气流发生分离、波动剧烈(激波)、喘振、大噪声等。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,2)雷诺数条件,在雷诺数自模区,有,3)叶栅的扩压因子,叶栅流动的限制条件1)马赫数条件,对亚声速叶栅流动,,2019-11-18,应用空气动力学研究室,三、我国某型轴流压缩机初步方案,2019-11-18,应用空气动力学研究室,1、轴流压缩机基本要求
(1)压缩机通道直径、轴功率和转速控制精度通道名义直径:
5.24m;转速控制精度:
0.02;转速:
小于1000rpm轴功率:
小于60MW。
风洞设计点状态(Ma=0.9、P0=450kPa、T0=110K)压缩机压比1.15;效率85。
压缩机内流通道气流温度和压力范围入口温度范围:
110K323K;工作压力范围:
(115450)KPa。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,轴流压缩机的设计点:
P0=450KPa,T0=110K,Ma=0.925压缩机总压比1.172采用二级压缩机,带前导流片。
导流片采用C4,动叶采用NACA65,静叶采用C4,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,不同展向位置的动叶剖面NACA65,2019-11-18,应用空气动力学研究室,不同展向位置的静叶剖面C4,2019-11-18,应用空气动力学研究室,压缩机转子头、尾整流罩,2019-11-18,应用空气动力学研究室,3、与国际同类风洞压缩机比较,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,四、我国某型轴流压缩机设计研究,2019-11-18,应用空气动力学研究室,1、轴流压缩机是风洞最重要的部件,必须精心设计、精心加工。
2、考虑气动性能,压缩机稳定工作范围与效率、压缩机的失速喘振、压缩机的堵塞以及压缩机的气动噪声等。
3、考虑压缩机叶片(静、动叶片)的失速颤振、疲劳破坏、结构强度,整流罩和洞壁声衬等。
4、考虑压缩机进口整流罩、尾罩、轮毂等气动和结构设计问题。
2019-11-18,1、主要研究方面,应用空气动力学研究室,5、长轴、支撑轴承、密封、隔热层等结构强度设计问题。
由于我国首次研制这样大型的压缩机,因此在研制过程中,尚需要开展一些针对性强的技术攻关研究工作,包括缩比模型试验和专项试验研究。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,2、研究计划第一组:
总体布局与气动噪声设计优化(14人)负责人:
刘沛清教授(北航,总体气动)第二组:
压缩机总体结构强度分析(10人)负责人:
孟庆春教授(北航,结构强度)第三组:
压缩机长转轴与导流片控制机构设计与研究(17人)负责人:
付永领教授(北航,自动化与控制)第四组:
低温轴流压缩机隔热与密封设计与研究(9人)负责人:
林峰教授(清华大学,压缩机密封),2019-11-18,应用空气动力学研究室,第一组、总体布局与气动噪声设计优化1、设计与优化头罩段、核心机段、尾罩段气动设计动叶、静叶、导流片、支撑片设计(NACA65、C4、NACA0010)拐角段、导流片、长轴整流罩、头罩一体化设计(4)尾罩区设计(尾罩长度、扩散角等)(5)气动性能、流场结构、气动噪声数值评估,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2019-11-18,应用空气动力学研究室,2、专项研究
(1)顶层设计与规划借鉴NTF和ETW两座风洞压缩机研制经验,完成我国风洞压缩机研制的顶层设计与规划,技术难点分解,可能的解决方案,研制方式和整体风险评估。
低温压缩机及其部件的国内设计制造可行性分析。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,利用CFD数值模拟和工程算法,完成压缩机工作特性曲线评估,气动噪声评估等工作;利用CFD和优化设计软件,完成叶片优化设计。
进行缩比模型试验,完成相似性分析,完成1:
5缩比模型试验工作,确定特性曲线。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,(4)气动噪声处理,2019-11-18,应用空气动力学研究室,NTF风洞压缩机的头罩和尾罩段声衬采用谐振腔消声器,试验段降噪13dB。
消除轴流压缩机的离散低频噪声。
2019-11-18,应用空气动力学研究室,第二组、压缩机总体结构强度分析,2019-11-18,材料初步选择压缩机组的总体结构布置方案的刚强度分析转子叶片与轮毂刚强度分析转子结构的强度和振动问题研究压缩机结构刚强度分析结构热力学分析转子结构的疲劳强度分析,应用空气动力学研究室,第三组、压缩机长转轴与导流片控制机构设计与研究,2019-11-18,1、长轴材料与成形工艺2、长轴支承与动平衡3、导流片调整机构与角度控制,谢谢!
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