Расширение диапазона устойчивой работы осевого компрессора изменением параметров решеток в концевых областях лопаточных венцов

Представлены результаты численного исследования запаса устойчивой работы двухступенчатого сектора нерегулируемого осевого компрессора газотурбинного двигателя. Профилирование лопаточных венцов исходных высоконапорных ступеней выполнено по закону сохранения циркуляции вдоль радиуса с использованием модели невязкой жидкости. Предложенное увеличение на 10…15 % густоты решеток в концевых областях рабочего колеса и направляющего аппарата первой ступени, по сравнению с расчетными значениями, приводит к возрастанию подводимой работы в пристеночном слое в области концов лопаток. Поля полных давлений и скоростей потока вязкой жидкости на выходе из первой ступени выравниваются, обеспечивается более благоприятное натекание потока на лопатки последующей ступени, увеличивается с 17 до 21…22 % запас устойчивой работы сектора ступеней при практически неизменном значении коэффициента полезного действия. Расчетные исследования проведены с применением методов вычислительной гидрогазодинамики в программном комплексе ANSYS CFX с адаптацией по моделям турбулентности к рассматриваемым осевым компрессорам газотурбинных двигателей.

Литература

[1] Кампсти Н. Аэродинамика компрессоров. Москва, Мир, 2000. 688 с.

[2] Скибин В.А., Солонин В.И., ред. ЦИАМ 1980–2000. Научный вклад в создание авиационных двигателей. В 2 кн. Москва, Машиностроение, 2000, Кн. 1. 616 с.

[3] Скибин В.А., Солонин В.И., ред. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний в обеспечение создания перспективных авиационных двигателей (аналитический обзор). Москва, ЦИАМ им. П.И. Баранова, 2010. 680 с.

[4] Работа Rolls-Royce по программам Advance и UltraFan. Обозрение ЦИАМ по материалам СМИ. Сер. Авиационное двигателестроение, 2016. № 39.

[5] Авиадвигатели для будущих военных самолетов. Обозрение ЦИАМ по материалам СМИ. Сер. Авиационное двигателестроение, 2016, № 3.

[6] Грохем Р., Костилоу Э. Срыв в компрессоре и вибрация лопаток. Т. 2: Аэродинамический расчет осевых компрессоров. Москва, ЦИАМ им. П.И. Баранова, 1964. 841 с.

[7] Хантер И.Х., Кампсти Н.А. Развитие пристеночного пограничного слоя на корпусе при переходе через изолированное рабочее колесо компрессора. Энергетические машины и установки, 1982, т. 104, № 4, с. 88–96.

[8] Балса Т.Ф., Меллор Г.Л. Расчет характеристик осевого компрессора с применением теории пограничного слоя на кольцевой стенке. Энергетические машины и установки, 1975, № 3, с. 1–17.

[9] Бекнев В.С., Тумашев Р.З. Концевые явления при проектировании осевого компрессора. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 1999, № 3, с. 50–57.

[10] Хирш Н. Пограничные слои на втулке и корпусе осевых компрессоров. Энергетические машины и установки, 1974, № 4, с. 96–109.

[11] Акулов В.А., Климнюк Ю.И., Сенькин Е.Д. Исследование газодинамической устойчивости осевых компрессоров ТРДД с притрактовыми втулочными полостями. Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей, 1980, № 3, с. 40–51.

[12] Белоусов А.Н., Бочкарев С.К., Григорьев В.А., Кузьмичев В.С., Радько В.М. Основы теории, расчета и проектирования воздушно-реактивных двигателей. Москва, Машиностроение, 2011. 198 с.

[13] Старцев Н.И. Конструкция и проектирование турбокомпрессора ГТД. Самара, СГАУ им. С.П. Королёва, 2006. 235 с.

[14] Абдельвахид М.Б., Федоров Р.М. Расчет влияния радиального зазора на характеристики ступени осевого компрессора. Насосы. Турбины. Системы, 2013, № 1(6), с. 44–52.

[15] Ковалева Е.А., Коваль В.А., Романов В.В. Влияние радиального зазора на границу срыва осевых компрессоров. Современные технологии в газотурбостроении, 2013, № 3/12(63), с. 9–12.

[16] Абдельвахид М.Б., Федоров Р.М. Расчет влияния радиального зазора на характеристику КНД двигателя РД-33. Вестник СГАУ, 2012, № 3(34), с. 23–27.

[17] Столяров А.В. Исследование влияния радиальной неравномерности потока на характеристики ступени осевого компрессора. Энергомашиностроение, 1976, № 1, с. 17–20.

[18] Бекнев В.С., Михальцев В.Е. Турбомашины и МГД-генераторы газотурбинных и комбинированных установок. Москва, Машиностроение, 1983. 392 с.

[19] Архипов Д.В. Особенности аэродинамического проектирования высоконапорных ступеней многоступенчатых осевых компрессоров. Вестник МГТУ им. Баумана. Сер. Машиностроение, 2010, № 3(80), с. 77–80.

[20] Герасименко В.П., Шелковский М.Ю. Комплексное аэродинамическое совершенствование компрессоров ГТД. Вестник двигателестроения, 2013, № 2, с. 69–72.

[21] Коваль В.А., Васильев Б.П. Определение концевых потерь в ступени осевого компрессора на предсрывных режимах работы. Конверсия в машиностроении, 2005, № 1–2, с. 141–145.

[22] Щелковский М.Ю. Верификация программного комплекса ANSYS CFX для численного анализа трехмерного течения в компрессоре. Современные технологии в газотурбостроении, 2012, № 3/10(57), с. 60–65.

[23] Герасименко В.П., Шелковский М.Ю. Расчетно-экспериментальное исследование газодинамических характеристик компрессорных решеток в системе многоступенчатого компрессора. Авиационно-космическая техника и технология, 2012, № 8(95), с. 61–66.