■ 张漫 王铮钧 王晶 孟晟 马静 / 中国航发商发

航空发动机整机内流场的大涡模拟是目前国际仿真技术的前沿。多部件耦合仿真可以消除部件独立仿真的“边界效应”，充分评估贯穿于发动机部件之间的流动特征，可在多部件匹配优化、整机气动性能评估中发挥作用，并应用于日益发展的数字孪生、虚拟样机等技术中。

航空发动机是一个前后流通、各部件耦合工作的整体。在常规的发动机设计过程中，首先采用低维、时均的计算方法对发动机总体性能进行分析，获得压气机、燃烧室、涡轮等部件在交界面处的气动热力参数，这些参数通常以一维集总的“点”或二维分布的“线”的形式表征；然后根据交界面的气动热力参数要求，通过边界条件赋值将整机分解为各个独立的研究对象，分别开展压气机、燃烧室、涡轮三大核心部件的设计分析与试验测试；完成后再装配成核心机或整机开展部件匹配调试与整机性能测试。

在各部件独立开展的仿真分析中，作为边界条件的气动热力参数空间维度低且不随时间发生变化，无法准确反映贯穿于部件之间并随发动机运行瞬变的三维、非定常特征。例如，压气机喘振造成的燃烧室进口流量脉动与不稳定燃烧、燃烧室出口旋流高温热斑在涡轮叶片中造成的非均匀热负荷等。这种由于部件“边界效应”而人为引入的缺陷，使得各部件计算获得的流场与真实发动机整机流场存在偏差,极大地影响了部件独立预测分析结果与整机试验结果的一致性。……