第3期陈懋章等:大涵道比涡扇发动机风扇/压气机气动设计技术分析　525

特别是亚格子尺度的模拟问题。

②动、静叶之间的信息传递

除湍流模型之外,当前多级风扇/压气机模拟不够准确的另一个重要原因就是它不能很好处理动、静子流场的周向非均匀性和非定常性的影响,对于非定常框架,原则上可以很好处理这些问题;而在定常框架内计及这种效应却有很大难度。确定性应力模型则可能是解决此问题的一种方法。

③可控扩散叶型的转捩机制与模型

可控扩散叶型是设计高效率高负荷高压压气机的一项关键技术,目前中国虽然能够设计可控扩散叶型,但是由于在其流动机理,特别是考虑上下游相互作用的转捩机制及其模型方面还缺乏开展系统、深入的研究工作。缺乏多级环境下可靠的转捩模型的支持,难以设计出高性能的可控扩散叶型,而且有可能导致设计的失败。

④高压压气机三维气动造型的流动机制叶片三维气动造型是对弯叶片和掠叶片的进一步发展,是设计体系从二维/的必然结果,也是过去20年风扇/显提高的核心措施[19220]出,的理解早已超出了利用其控制角区分离的认识,已经发展到了能够利用三维气动造型进一步降低主流区损失,提高负荷的地步。相比之下,中国对于高压压气机三维气动造型机理的研究和认识还不够深入,开展的试验研究和试验验证工作非常匮乏。

⑤程序的校验与完善

鉴于三维定常CFD技术的上述缺陷,以及风扇/压气机内部流动的复杂性,以及越来越高的计算精度要求,对三维定常CFD需要不断地进行校验和完善。由于系统、可靠、准确的试验数据的匮乏,中国在风扇/压气机CFD模拟的精度和可靠性上与国际先进水平存在巨大差距,这在相当大程度上制约了中国研制的风扇和压气机最终所能达到的水平,特别是大涵道比涡扇发动机要求的高效率。

313　与型号联系更紧密的几项预研

314　大力加强试验研究分析能力,提高试验研究

水平

　　认真研究航空技术先进国家风扇/高压压气

机发展历程和研制经验,对于解决中国今天所面临的问题仍是十分有益的。

J79发动机是在20世纪50年代开始研制的,美国那时计算预估真实流动的能力仍很低(低于中国现有的能力)。然而J79发动机研制成功了,而且有一台很好的高压压气机,级数多达17级;在计算能力不高的条件下,只能靠试验。

从J79发动机到E3发动机,经过了20年,美国的准三维设计体系已相对成熟。那时,虽然没有三维分析软件,但用准三维体系预估流场的能力已高于中国现在的水平。即使这样,当时E3发。例如,E3发动机的,才达到了设计指1;1981年410级压气机进行了试验,结果表明,前段根部性能得到了改善,但压气机性能和失速裕度仍不足,于是,又对叶片做了改进,最终达到了设计要求。这些试验的作用不仅在于测试性能,更重要的是探测出问题所在,从而为修改设计提供依据。可以说,高压压气机最终是靠试验试出来的。

前面已经提到,为研制高压压气机,GE公司还创造了一套专门的试验研究技术,即低速大尺寸压气机试验技术,它在E3发动机高压压气机的研制中发挥了重要作用。

从上述实例可以得到以下重要的启示:

(1)美国在发展高压压气机过程中,不仅流场分析模拟技术发挥了重要作用,而且,试验研究技术也发挥了重要作用,甚至可以说发挥了更重要的作用。正是二者紧密结合,共同不断发展、完善、提高,才达到了今天如此强大、高水平的研制能力。

(2)应该强调,美国的试验研究并没有采用多么高精尖的测量技术,如E3发动机的试验仍然采用常规测量技术。其中,最值得中国借鉴的,一是测量的准确度和可信度;二是试验分析,即流场诊断技术。后者,就是利用理论分析、流场数值分析与试验结果进行对比研究,准确诊断出问题,从而制定可行的技术改进措施。基于上述措施,从J79发动机到E3发动机,GE公司在没有十分准确的设计分析软件的条件下,成功研制出了高性

开展与型号紧密相关的几项关键预研:如涵道比6～8高性能低噪声风扇设计技术与试验验证,高效率高负荷高压压气机先进设计技术与试验验证和涵道比12以上风扇设计技术与试验验证。