ПОТЕРИ И УГЛЫ ОТКЛОНЕНИЯ В ВЕНТИЛЯТОРАХ ПРИ АВТОРОТАЦИИ. Зависимости потерь и отклонений в вентиляторах при авторотации
 Скачать 19.26 Kb.
|
|
ЗАВИСИМОСТИ ПОТЕРЬ И ОТКЛОНЕНИЙ В ВЕНТИЛЯТОРАХ ПРИ АВТОРОТАЦИИ АННОТАЦИЯ Для турбовентиляторного двигателя с неработающим двигателем в полёте воздушный поток через двигатель заставляет вентилятор свободно вращается. Настоящая статья рассматривает течение потока через вентилятор, работающий на этом режиме, с особым вниманием на влияния потерь и отклонений в лопаточном венце. Анализ контрольного объема используется, чтобы показать, что вентиляторы на режиме авторотации работают с постоянным коэффициентом расхода, который зависит от метала лопатки и углов отклонения, в то время как потери в лопаточном венце показаны для определения массового расхода. Экспериментальные и численные результаты используются для понимания того, как значения потерь и отклонений отличаются от расчетного режима в связи с физикой потока, встречающейся на режиме авторотации. Результаты представлены из экспериментального исследования вентилятора на низкооборотном испытательном стенде при авторотации, включая подробно рассмотренные пересечения площадей после лопатки ротора и лопатки статора. Также выполнены трехмерные расчеты в CFD для вентиляторного испытательного стенда и для авторотации типичного трансзвукового вентилятора в условиях крейсерского полёта. Результаты стендовых испытаний подтверждают, что на режиме авторотации поток через лопатку статора вентилятора отрывается от поверхности давления на большей части размаха. Это создаёт большие потери и, в результате, запирание изменяет рабочий профиль лопатки ротора, что приводит к изменению числа оборотов. В лопатке ротора вентиляторного двигателя на поверхности давления вблизи законцовки образуется вихрь, а дальнейшие потеря возникает из-за отрыва у втулки, вызванного запиранием потока ниже среднего радиуса и разделительной перегородки. ВВЕДЕНИЕ На работоспособность самолёта при условии неработающего двигателя сильно влияет аэродинамическая характеристика ступени вентилятора. В этом состоянии камера сгорания не зажжена, двигатель не вырабатывает мощность и вентилятор свободно вращается благодаря давлению скоростного напора набегающего воздуха. Это определено как рабочая точка режима авторотации. Важно знать результирующую силу лобового сопротивления двигателя, так как она влияет на размер вертикального стабилизатора самолёта. Частота вращения вентилятора также является крайне необходимой, так как определяет величину и частоту вибрационных нагрузок, передаваемых самолету, а также требования к подшипникам вала. Эта статья связана с турбомашинной аэродинамикой ступени вентилятора на режиме авторотации, и, в особенности, с распределением в лопаточном венце потерь и углов потока, и их влиянием на лобовое сопротивление двигателя и число оборотов вала. Предыдущие исследования показали, что вентиляторы на режиме авторотации работают с высокими потерями в связи с отрицательным углом атаки как на лопатках ротора, так и статора. Prasad и Lord (2010) представили результаты испытания полноразмерного двигателя на режиме авторотации. Они обнаружили, что большинство потерь произошло в лопатке статора, которая работает с отрицательным углом атаки, в основном, по причине осевого потока, выходящего из лопатки ротора. Подобным образом, исследование Garcia Rosa и др. используя испытания, проведённые на испытательном стенде для турбовентиляторного двигателя, показало, что лопатка направляющего аппарата на выходе вентилятора работает при сильно нерасчетном угле атаки, что приводит к значительному отрыву потока. В других случаях, таких как Gill и др. (2010) или Goto и др. (2014)сильные отрывы потока были спрогнозированы в лопатке статора, хотя также было обнаружено, что лопатка ротора работает с высокими уровнями потерь при местных отрывах. Угол потока по относительной скорости на выходе из лопатки ротора определяет местную работу, подводимую к потоку и, следовательно, где вентилятор работает как компрессор, и где он работает как турбина. Prasad и Lord (2010) обнаружили, что поток в относительном движении покидал лопатку ротора под углом близким к углу установки лопатки. Исследование Goto и др. (2014) также показывает результаты на режиме авторотации с небольшими углами отклонения на лопатках ротора. В обоих этих случаях, обтекание лопатки ротора является достаточно присоединенным. В случаях, когда на частях лопатки появляются б  льшие отрывы, такие как в исследованиях County-Audren (2010) или Gill и др. (2010), углы отклонения оказываются б льше, хотя значения явно не сформулированы. Стоит отметить, что в исследованиях Garcia Rosa и др. (2012), и Goto и др. (2014) нижние 50% размаха лопатки ротора работают как компрессор, а верхние 50 % как турбина. Напротив, в исследовании Prasade и Lorde (2010) точка перехода между компрессором и турбиной составляет около 60% размаха. |