摘要
随着现代科技的发展，空海技术装备的不断更新，以燃气轮机为主的动力推进系统也在逐渐进步。压气机作为燃气轮机的核心部件，其内部逆压流动较为复杂，涡系多元变化使其研究难度大大提升，并且低工况分离显著以及失稳现象的发生是研究学者要解决的主要问题。在外流领域的鲸鳍仿生学研究初步应用以及压气机流动控制技术逐渐成熟的背景下，探索凹凸前缘叶片对压气机内部流动分离流动的抑制机理及气动性能的提升效果具有一定研究潜力。 本文旨在探索压气机平面叶栅及三维动叶的凹凸前缘造型方法，并确定前缘曲线定义以及三维混合建模方式，采用基于风洞试验验证的数值模拟方法研究凹凸前缘叶片的流动特性及扩稳控制机理。 在压气机平面叶栅中，分析前缘局部流动的差异性，并给定凹凸前缘布置方案。研究结果表明，凹凸前缘局部的凹陷位置气流攻角提升、稠度降低并且形成旋涡结构向下游沿着径向发展，并挤压凸起位置的流管局部收缩，并因稠度提高显著抑制了分离流动而起到降低损失的效果。其中0°攻角下WFB-3434-2-9叶栅总压损失系数降低了10.47％，12°攻角下。WFB-1321-6-5叶栅的总压损失系数降低了16.13％。此外对凹凸前缘叶栅的旋涡结构进行了分析，发现其由于前缘流动差异性形成了特殊的流向涡、小集中脱落涡结构，而通道涡、马蹄涡、壁面涡、壁角涡、尾缘脱落涡、集中脱落涡等也因附面层结构的重组而发生变化。 在压气机三维动叶中，给定了前缘布置方案，分析了凹凸前缘动叶的流动特性及低工况性能。研究结果表明，凹凸前缘结构降低了动叶叶尖的负荷，使得泄漏涡攻角及强度降低。此外，在叶顶布置的凹凸结构将前缘径向运动的低能气体卷入下游，并通过收缩高动量流动抵御了尾缘处离心力下向叶顶运动的低能气团，防止两者在叶顶的聚积而实现了压气机流动控制。在80％转速下BWS凹凸前缘动叶的失速边界左移，近失稳点的效率由90.25％提升至91.02％，压比由1.2595提升至1.2635。此外对凹凸前缘动叶的旋涡结构进行了分析，形成了与平面叶栅结构不同的流向涡结构，而叶根部分的马蹄涡、轮毂壁面涡、前缘壁面涡、壁角涡无明显变化，因叶顶区域流场的优化，改变了前缘径向涡、尾缘径向脱落涡、泄漏涡、诱导涡、叶顶分离涡、压力面刮削涡结构。
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