进气流道造型控制旋转冲压压缩转子流动损失的机理研究

The ram-rotor is a new type of supersonic compressor based on shock compression technology, and the large scale flow separation induced by shock-shock and shock-boundary layer interaction is the main reason of flow loss in the ram-rotor. A good flow-path configuration can reconstruct the structure and strength distribution of shock in the ram-rotor, and then the shock-shock and shock-boundary layer interaction will be improved, accordingly, the flow loss will be controlled. Based on this analysis, from the unsteady flow characteristics of the ram-rotor, the experimental and numerical research methods are adopted to study the mechanism of flow loss by the three dimensional flow-path configuration in the ram-rotor. The rules of three dimensional shock structure and vortex structure are obtained under different conditions. The internal connection between flow loss and shock and vortex structure is also obtained. The effect mechanism of the flow-path configuration parameters on the shock structure and flow loss will be revealed. The three dimensional flow-path configuration methods effectively controlling flow loss are also explored. The research results will provide a scientific basis for performance improvement and optimization design of the ram-rotor.

旋转冲压压缩转子是一种主要利用激波压缩技术实现气流增压的新型超声速压气机，其内部存在的激波-激波以及激波-附面层相互干涉所诱导的大范围气流分离等复杂流动现象，是造成流动损失的主要原因，而良好的进气流道造型可以重构旋转冲压压缩转子内部三维激波系结构与强度分布，进而改善激波-激波和激波-附面层相互干涉作用，实现控制流动损失的目的。基于这样的认识，本项目从旋转冲压压缩转子非定常流动特征出发，采用实验研究和数值模拟相结合的方法，开展进气流道三维造型控制旋转冲压压缩转子流动损失的机理研究，获得不同工况下旋转冲压压缩转子内三维激波结构与涡系结构的演变规律及其与流动损失之间的内在联系，揭示进气流道造型参数影响旋转冲压压缩转子激波系分布特征和流动损失的内在机理和作用机制，探求能有效控制旋转冲压压缩转子流动损失的进气流道三维造型方法，为旋转冲压压缩转子性能提高和优化设计提供科学依据。

旋转冲压压缩转子是一种主要利用激波压缩技术实现气流增压的新型超声速压气机，深入清晰地认识其内部的流动特征并对其进气流道开展三维造型能够进一步提高其性能并有助于研发更高性能的压缩系统。.首先，项目组开展了典型工况下旋转冲压压缩转子流动特征研究，重点分析了旋转冲压压缩转子内部激波/附面层以及激波/附面层/顶部泄漏流之间的相互干涉情况，为后续有针对性地通过三维进气流道造型控制旋转冲压压缩转子流动损失指明了方向。.其次，项目组相继开展了旋转冲压压缩转子轮毂面沿流向造型、隔板造型和子午面造型研究。在轮毂面沿流向造型研究中，主要完成了压缩面、扩压面和轮毂面局部造型研究。在隔板造型研究中，主要开展了隔板前段、后段与综合造型方案，以及隔板类型、最大厚度起始位置，隔板前缘掠方式以及掠角和隔板后部倾斜方式以及倾角研究。在子午面造型研究中，主要开展了子午面造型方案以及收缩角研究。通过以上研究，获得了不同轮毂、隔板和子午面造型方案与造型参数对旋转冲压压缩转子流动特征与总体性能的影响规律，为旋转冲压压缩转子未来的优化设计与性能提高提供了指导方向。.最后，项目组开展了旋转冲压压缩转子试验系统研究，完成了旋转冲压压缩转子试验系统设计和其通流部分在设计与非设计转速下的流场与性能研究。此外，针对转子上下游部件，相继开展了导叶开度、根部间隙、轴向间隙，排气支板安装角与支板部分添加分流叶片的研究，并加工了旋转冲压压缩压缩转子试验件，为后续旋转冲压压缩转子的试验研究提供了保障。

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