航空小型高压比增压器压气机气动设计报告x.docx

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航空小型高压比增压器压气机气动设计报告

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目录

一、设计要求 1

二、设计分析 2

三、一维设计 2

三、三维详细设计 5

叶轮设计结果 5

机匣处理 5

蜗壳设计结果 6

四、设计工况CFD分析 7

计算网格与边界条件 7

设计工况CFD计算结果 8

五、叶片强度与模态分析 11

六、压气机性能预估 11

七、结论 15

八、附表 16

一、设计要求

一、设计要求

本项目设计的离心压气机将用于航空小型柴油机上。该压气机需满足从起飞到7000米高空的运行范围，对压气机的压比和流量覆盖范围的要求都非常高。加上航空用设备都要求重量尽量轻，所以需尽量降低压缩机尺寸。

详细设计要求：

压气机叶轮出口直径≤52mm（最佳设计目标≤50mm），增压器最高转速

≤210000r/min，以保证增压器轴承系统可靠运行；

压气机叶轮采用直纹面设计，以保证铣削加工效率；

压气机必须采用无叶扩压结构，以控制整机重量，压气机叶轮优先选用7075锻造铝合金加工，为了提升压气机叶轮强度，不排除采用钛合金铣削加工的可能性；

压气机增压后的温度目标值低于200℃（分别在进口温度为-10℃和-20℃下计算及测试），瞬间使用温度不允许超过230℃。

因为项目产品为高空运行，性能设计过程中，重点考虑高空运行的性能、可靠性，可以牺牲部分低空性能，具体设计目标见附图及附表（4000m为经常应用区域，同步考虑

7000米及平原起飞工况）：

Compressor

PressureRatio-0PressureRatio-4000PressureRatio-70003.00

PressureRatio-0PressureRatio-4000PressureRatio-7000

PressureRatio2.80

PressureRatio

2.60

2.40

2.20

2.00

1.80

1.60

1.40

1.20

1.00

0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140

CorrectedMassFlow(kg/s)

图1增压器不同海拔高度设计运行工况

PAGE

PAGE10

表1压气机性能设计关注点数据,设计过程目标参考

设计点1（折合流量/压比/

参考效率）

设计点2（折合流量/压比/

参考效率）

设计点3（折合流量/压比/

参考效率）

设计点4（折合流量/压比/

参考效率）

设计点5（折合流量/压比/

参考效率）

海拔

0m(计算

温度

0.053/1.96/64%

0.067/2.20/66%

0.081/2.40/68%

0.094/2.56/69%

0.106/2.86/70%

25℃)

海拔

4000m(计

算温度-

0.075/2.74/66%

0.086/2.96/68%

0.096/3.10/70%

0.105/3.22/72%

0.115/3.35/70%

10℃)

海拔

7000m(计

算温度-

0.083/2.99/66%

0.095/3.21/67%

0.105/3.37/68%

0.115/3.52/68%

0.126/3.68/68%

20℃)

二、设计分析

由于该压气机将用于航空用途的小型柴油机增压器上，需要满足从起飞到7000米高空的运行范围，对压气机的压比和流量覆盖范围要求都非常高，加上航空用设备要求重量尽量轻，需要尽量降低压气机尺寸。为了获得足够的流量覆盖范围和尽量高的效率，需采用全三维气动优化设计方法，确保压气机性能。

从设计要求中的压气机运行曲线来看，与常规的螺旋桨推进特性不同。对于高压比压气机来说，该压气机要求的流量范围很大，部分工况可能需要采用在叶轮罩壳上开放气槽的机匣处理方法，才能满足使用要求。

由于该压气机压比较高，选择了设计要求的最高压比3.68作为设计点，然后结合CFD软件对压气机的多个工况进行优化，使其具有尽量宽的高效区覆盖范围。由于该压缩机尺寸很小，粗糙度对性能影响较大，所以在设计和CFD分析时都需要对粗糙度进行专门考虑。由于该压气机压比高，几何尺寸小，所以叶片表面粗糙度建议做到Ra=1.6，蜗壳内流道表面粗糙度尽量做到Ra=6.3。

三、一维设计

三、一维设计

航空用增压器需要尽量降低几何尺寸，减轻重量。但是过小的几何尺寸对压气机气动性能影