进气道内加装吸波导流体对发动机转子振动特性影响分析.pdf

第九届(2005年)全国空气弹性学术交流会论文 进气道内加装吸波导流体对发动机 转子振动特性影响分析 侯安平1周盛1唐昭勇2冯维林2吴承杰2 1北京航空航天大学能源与动力工程学院 2中航一集团611研究所 电话：010 e-mail：houbuaa@sohu．com 摘要：在发动机进口前、进气道管道内安装由吸波材料制成的导流体是减少进气道RCS 的有效措施之一。同时，需要对加装导流体后流动诱发振动现象进行评估。通过定常和非定 常数值模拟研究，针对本算例的结构特点，以吸波导流体叶片数决定的通过频率对发动机低 压转子振动特性的影响较小；同时由于尾迹内部脱落涡强度太低，其脱落频率也不会对发动机 低压转子振动特性产生影响。计算结果表明，吸波导流体的设计和安装是合理的。 若综合考虑一些必威体育精装版的研究成果，合理地布置吸波导流体的叶片数目和周向、流向位置， 则有望消除加装导流体后对气动性能带来的不利影响以及对叶片振动特性存在的潜在影响， 甚至反而提高压气机低压转子的气动性能与气动稳定性。这应该是下一步展开研究的工作。 关键词：吸波导流体，振动特性，进气道 1引言 在发动机进口前进气道管道内安装由吸波材料制成的导流体是减少进气道RCS(雷达 反射面积)的有效措施之一。 由吸波导流体的模型吹风试验结果可知：加装吸波导流体后对进气道总压恢复系数影响 较小，发动机入口前的畸变也没超过发动机的畸变容限。但还可能存在一个问题，就是由于 加装吸波导流体后会造成压气机低压转子入口处非定常气动力的变化，而非定常气动力的激 振可能导致发动机叶片振动，也就是说压气机低压转子叶片前非定常来流的特征频率可能会 与其各阶自振频率发生共振。如果叶片发生共振，叶片的强度就会出现问题，严重时叶片将 会出现断裂现象。 风扇转子前非定常来流的特征频率包括：加装叶栅后对转子形成的通过频率；导叶对转 子形成的通过频率；加装叶栅尾缘脱落旋涡的频率；导叶尾缘旋涡脱落的频率：以及上述因 素相互影响形成的频率。当然一般工况下吸波导流体尾缘是否存在旋涡脱落需计算确认，并 且脱落旋涡的频率对叶片共振产生影响的前提是其到达转子叶片前时还保持一定的强度。 由于没有加装吸波导流体时，风扇导叶的通过频率及其尾缘旋涡脱落频率没有对风扇转 子振动特性形成危害，因此本文重点在于通过数值模拟获知吸波导流体尾迹强度、恢复快慢 以及是否存在尾迹脱落涡及其频率大小和强度变化规律。 ．．378．． 本文将按计算模型的不l司简化层次，分定常计算阶段，二维非定常计算阶段，三维非定 常并行计算阶段实施完成。 2计算结果及分析 2．1计算进口边界条件、计算工况的确定 计算只针对包括加装吸波导流体在内的一小段进气道区域进行，如图1所示。其中截面 1取为1倍内环长度的向前延伸面，截面2为进气道出口测量截面。截面1的参数可以由无 轮时截面2的试验参数合理推定。 图1计算域几何示意图 0。，5。，8。三个攻角，即一共取了9个计算工况。取这9个工况的原则是希望能考虑进 气道不同的来流速度，同时因为不能直接模拟进气道攻角以及侧滑角变化的影响，所以对吸波 导流体前的来流方向计算了三个攻角，也就是希望用吸波导流体进口前较大的攻角来模拟吸 波导流体前较恶劣的进气条件。 2．2定常计算及结果分析 定常计算按照计算域不同又分为两种方案。第一种方案计算不包括内环在内的流场(参 看图2)，第二种方案计算包含内环的流场(参看图3．4)。 2．2．1不带内环计算域的NUMECA解 三维定常计算的第--署eo方案，取不带内环的单槽道作为计算域。因为计算对象是一个静 止导流体，其叶片为等直叶片，没有弯扭，所以流场在展向的压力梯度很小。在这样的情况 下，不带内环的计算结果是有意义的，所得到的结果应该具有较好的参考价值。 ．．379．． 2．2．1．1计算网格 网格在各固壁面处均进行了适当加密，在叶片前尾缘附近沿轴向加密，在机匣与轮毂处沿径 向加密。采用NUMECA流体计算软件对此计算域进行了9个工况的计算。