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某型涡扇发动机进气加温模拟装置仿真与试验研究

柳国印 闫卫青 陈彦锋 吴志昌 张帅

柳国印, 闫卫青, 陈彦锋, 等. 某型涡扇发动机进气加温模拟装置仿真与试验研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20220141
引用本文: 柳国印, 闫卫青, 陈彦锋, 等. 某型涡扇发动机进气加温模拟装置仿真与试验研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20220141
LIU G Y, YAN W Q, CHEN Y F, et al. Simulation and experimental study of inlet heating simulator for a turbofan engine[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20220141
Citation: LIU G Y, YAN W Q, CHEN Y F, et al. Simulation and experimental study of inlet heating simulator for a turbofan engine[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20220141

某型涡扇发动机进气加温模拟装置仿真与试验研究

doi: 10.11729/syltlx20220141
详细信息
    作者简介:

    柳国印:(1991—),男,辽宁沈阳人,硕士研究生,工程师。研究方向:航空发动机整机性能优化及试验技术。通信地址:辽宁省沈阳市沈河区万莲路1号(110015)。E-mail:1520898041@qq.com

    通讯作者:

    E-mail:1520898041@qq.com

  • 中图分类号: V235.1

Simulation and experimental study of inlet heating simulator for a turbofan engine

  • 摘要: 由于现有进气加温试验装置温场条件不能满足某型发动机的指标要求,因此开展了新型进气加温装置结构设计、测试方案、温场评估方法及加温条件下稳态与过渡态的试验方案等研究,确保发动机进口温场满足要求。本文基于某型发动机4种进气条件,以温场周向不均匀度为表征方法,进行进气加温模拟装置出口温场均匀性数值仿真分析,仿真结果表明新设计的试验装置温场周向不均匀度满足≯1%的指标要求。同时开展某型涡扇发动机与进气加温装置的多工况联合试验,稳态试验表明发动机最高转速下温场周向不均匀度为0.4395%,温场分布与仿真结果表现基本一致;过渡态试验结果表明进口温场不均匀度与发动机进口温度变化速率有关,不同发动机工况下进口温度调节方法是温场周向不均匀度满足要求的关键。仿真分析及联合试验结果表明,新设计的进气加温装置能够满足发动机多工况试验时对进口温场周向不均匀度的要求。
  • 图  1  进气加温试验原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of inlet heating test

    图  2  掺混器结构模型

    Figure  2.  Mixer structure model

    图  3  稳压箱结构

    Figure  3.  Stable pressure box structure

    图  4  整流段结构示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of rectifier section structure

    图  5  测量截面和测试耙布局示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of measurement section and test rake layout

    图  6  三维模型示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of 3D model

    图  7  计算模型网格分布

    Figure  7.  Calculation model grid distribution

    图  8  掺混器仿真分析

    Figure  8.  Simulation analysis of mixer

    图  9  掺混器仿真分析

    Figure  9.  Simulation analysis of mixer

    图  10  试验程序示意图

    Figure  10.  Test procedure diagram

    图  11  90.2%状态时T1截面温场云图

    Figure  11.  Temperature field nephogram of T1 section at 90.2%

    图  12  试验与仿真结果对比

    Figure  12.  Comparison of test and simulation results

    图  13  发动机进口温场$\Delta \bar{T}_{2}$变化曲线

    Figure  13.  $\Delta \bar{T}_{2}$ change curve of engine inlet temperature field

    图  14  T1升高过程发动机进口DT变化曲线

    Figure  14.  DT change curve of engine inlet during T1 rise

    图  15  $\Delta \bar{T}_{2}$最大时温度场云图

    Figure  15.  Temperature field nephogram at $\Delta \bar{T}_{2}$ maximum

    图  16  进口温场T_r_av周向分布

    Figure  16.  Circumferential distribution of inlet temperature field T_r_av

    图  17  发动机进口温$\Delta \bar{T}_{2}$场随T1升高的变化曲线

    Figure  17.  Variation curve of engine inlet temperature field $\Delta \bar{T}_{2}$ with T1 increase

    图  18  T1升高过程中发动机进口温差DT变化曲线

    Figure  18.  DT change curve of engine inlet during T1 rise

    图  19  $\Delta \bar{T}_{2}$最大时温度场云图

    Figure  19.  Temperature field nephogram at$\Delta \bar{T}_{2}$maximum

    图  20  发动机进口温场T_r_av周向分布

    Figure  20.  Circumferential distribution of engine inlet temperature field T_r_av

    图  21  发动机进口温场$\Delta \bar{T}_{2}$T1升高变化曲线

    Figure  21.  Variation curve of engine inlet temperature field $\Delta \bar{T}_{2}$ with T1 increase

    图  22  $\Delta \bar{T}_{2}$最大处温场云图

    Figure  22.  Temperature field nephogram at$\Delta \bar{T}_{2}$maximum

    图  23  发动机进口温场T_r_av周向分布

    Figure  23.  Circumferential distribution of engine inlet temperature field T_r_av

    图  24  进气温度与发动机状态同步降低时$\Delta \bar{T}_{2}$变化情况

    Figure  24.  The change of $\Delta \bar{T}_{2}$ when the intake air temperature decreases synchronously with the engine state

    表  1  进气加温试验测量参数表

    Table  1.   Measurement parameters of inlet heating test

    参数符号截面单位支和点测量
    精度
    时间常数布置方式
    Tw稳压箱
    总温
    12 × 8 ± 1℃≯0.1 s周向均布,径向等环面
    T1进气道
    总温
    8 × 8 ± 1℃≯0.1 s周向均布,径向等环面
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    表  2  不同网格数量仿真计算对比

    Table  2.   Comparison of simulation calculation with different grid numbers

    发动机状态网格总数(个)$\Delta \bar{T}_{{\rm{2max}}}/\%$
    n1cor = 81.8%36005750.6714
    W1 = 67.61%42078640.4992
    T1 = 100%49866320.4796
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    表  3  发动机不同状态点进口流量和温度

    Table  3.   Inlet flow and temperature at different engine state points

    n1cor/%W1/%T1/%相对压力/%
    81.867.6110099.26
    86.883.5888.9497.43
    88.188.0286.2896.38
    90.797.9280.5394.57
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    表  4  仿真计算结果

    Table  4.   Simulation results

    n1cor/%$\Delta {T}_{{\rm{1max}}}$%$T_{{\rm{2{FAV} }}}$%$\Delta \bar{T}_{{\rm{2max}}}$/%
    81.8100.699.780.483
    86.889.3888.630.691
    88.187.0185.730.831
    90.781.9280.020.983
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    表  5  不同截面温场周向不均匀度仿真结果

    Table  5.   Simulation results of different sections

    n1cor(%)距掺混器
    出口6 m (%)
    距掺混器
    出口13 m (%)
    发动机
    进口(%)
    81.82.751.070.483
    86.81.921.210.691
    88.13.612.220.831
    90.72.821.900.983
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    表  6  试验温场计算结果

    Table  6.   Temperature field calculation results

    n1cor/%$\Delta T_1 $/%$\delta T_{{\rm{2FAV}}}$/%$\Delta \bar{T}_{2}$/%$\theta^{+}$/(°)
    84.2698.64.580.3501233
    85.0797.73.160.3518245
    86.8289.381.940.3740185
    89.0287.011.750.4294198
    90.282.011.760. 4395200
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-12
  • 修回日期:  2023-03-15
  • 录用日期:  2023-03-20
  • 网络出版日期:  2023-06-05

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    2021年8月13日