高勇强 唐方明 徐威阳

摘 要： 本文对某小型离心压气机进行气动优化设计。通过改变离心叶轮、径向扩压器叶型，优化了离心叶轮与径向扩压器的匹配，压气机设计点流量提高1.0%，效率提高1.5个百分点，喘振裕度提高3.2个百分点。

關键词：离心叶轮;径向扩压器;优化

离心压气机结构设计简单，单级增压比高，广泛运用于小型涡扇发动机、涡轴/涡桨发动机、辅助动力装置等[1～2]。高性能压气机是航空发动机的关键部件，提高压气机的效率、喘振裕度，将对航空发动机的性能产生重大影响[3～5]。某小型航空发动机高压压气机由单级离心压气机构成，该离心压气机由离心叶轮、径向扩压器、轴向扩压器组成。本文针对该离心压气机进行气动优化设计。

1 数值计算方法

网格划分采用CFX中Turbogrid模块。离心叶轮网格数19万左右，径向扩压器网格数16万左右，轴向扩压器网格数12万左右，总网格数约47万（如图1）。离心叶轮叶顶间隙设置为0.45mm，其余无间隙。

边界条件给定如下：进口边界条件给定总压101325Pa、总温288.15K;离心叶轮给定转速（设计转速）;出口边界条件给定平均静压;壁面边界条件设置为绝热无滑移条件;交接面设置为混合平面法。

判断计算收敛的准则：残差≤10-4;100个物理时间步内进出口流量相差≤0.5%进口流量。逐步增加轴向扩压器出口被压，得到压气机从堵点到失速点的特性线。

2 原型压气机计算及分析

对原型压气机进行计算、分析，分别取出离心叶轮、径向扩压器的特性发现：离心叶轮匹配在峰值效率左支，径向扩压器匹配在偏右支（如下图2），从而导致压气机效率偏低。……