叶片粗糙度对压气机性能影响研究

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叶尖片削对压气机转子强度振动影响研究

1.叶尖片削控制参数根据压气机转子叶片的结构特点以及工作原理，叶尖片削由吸力面叶型轮廓线向压力面或者压力面向吸力面偏置一定距离形成。

叶尖片削控制参数主要由剩余叶尖厚2.强度振动计算模型本文选取某型压气机第1级转子为计算模型。

第1级叶片盘材料为常用钛合金，材料性能数据如表2所示。

采用商业有限元计算软件Workbench 对表1中的5种叶尖收稿日期：2022-10-25作者简介：朱银方（1984—），男，湖北十堰人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：航空发动机压气机设计。

叶尖片削对压气机转子强度振动影响研究朱银方劳贤豪黎琨（中国航发湖南动力机械研究所，中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室，湖南株洲 412002）摘要：统计结果显示，振动问题在航空发动机的故障中占比很高，而压气机转子叶片振动故障，在发动机使用过程中时有发生，且危害性较大。

因此，在设计过程中应采取有效措施避免振动问题，提升航空发动机质量，提高航空发动机寿命。

在压气机结构设计中，常通过改变叶型来调整频率裕度，需要在性能分析与强度振动计算之间来回迭代，费时费力。

基于上述情况，本文提出了一种调整叶片频率的方法——叶尖片削，即在转子叶尖切去部分叶型，可以实现快速调频。

以某型压气机第1级叶片盘为例，分析了不同尺叶尖片削图1 CFM56压气机转子叶尖片削示意图叶尖片削图2 LEAP-1B压气机转子叶尖片削示意图系，循环对称面施加循环对称约束。

3.强度振动计算3.1振动计算对第1级叶片盘叶片进行了振动特性计算，结果如表3所示，本文计算主要考虑了叶片气动载荷、离心载荷和温度载荷。

第1～6次叶片频率随着叶尖片削深度变化规律如图4所示，结构1、2的共振频率裕度如表4和表5所示，可以看出：（1）随着叶尖片削深度的增加，叶片各阶次频率均不图3 压气机转子叶尖片削控制参数图4 叶片频率随参数b的变化规律结构1312.51298.9 1.5850.423结构2314.32299.8 1.5520.42结构3328.93296.4 1.5230.418结构4322.47294.9 1.4980.416结构5312.14293.3 1.4810.416图7 某型压气机流量压比特性图8 某型压气机流量效率特性5.结论本文以某型压气机为例，从振动、强度以及压气机性能等方面，分析了叶尖片削参数影响变化规律，可以看出：（1）转子叶尖片削对叶根最大当量应力、盘心最大当量应力以及叶尖变形影响较小；（2）转子叶尖片削对叶片振动特性有较大的影响。

叶片表面粗糙度对透平叶栅气动性能影响的试验研究

手段。但是热障涂层的喷涂会改变叶片表面的粗糙度，糙度的变化对透平的气动性能会有多大的影响是必粗须关注的问题。本文试验研究了叶片表面粗糙度对透平气动性能的影响。试验结果表明，喷涂过程中必须在
图１～图２为一ｌ。Ｏ攻角下叶栅出口能量损Ｏ和。
究不同表面粗糙度对透平叶栅总压损失的影响，研究采用热障涂层对透平叶栅气动性能的均值沿叶高的分布。高度０
表示叶片端部，高度６４代表叶片中部。
实验分别对光滑表面叶片及三种非光滑表面叶片的栅前栅后流动参数进行测量。改变粗糙度的实现手
段是在叶片表面贴５ｏ３ｏ目）３０２０目）２００＃（６、６＃（４、０＃（２１０目）的耐水砂纸，砂纸基层厚度为０１ｍ．。进行吹ｍ
风试验，试验过程中要保证砂纸无翘起、脱落等情况，
叶栅叶型是以某真实高压级透平静叶根部叶型
为母型，叶栅由６片叶片组成。该叶栅的几何参数
为：距ｔ１ｍ，栅＝９ｍ叶片弦长ｂ＝１０ｍ，片高度ｈ２ｒ叶ａ
：１７ｍ，片节弦比ｔｂ＝０７８展弦比ｈｂ：２ｍ叶／．５，／
低速透平平面叶栅风洞中进行的。实验中通过在叶
÷ 收稿日期：０８０．１改稿日期：０８— １２２０．１１２００ — ８基金项目：项研究得到国家９３划的支持（０７Ｂ１１８本７计２０Ｃ２００）

压气机叶片粗糙度对其性能衰退的影响研究

压气机叶片粗糙度对其性能衰退的影响研究
李冬;樊照远;张娟;杨欣毅
【期刊名称】《航空发动机》
【年(卷),期】2009(035)005
【摘要】利用标准叶型数据进行压气机建模,对建立的模型进行了验证,证明模型是有效的.基于等价雷诺数修正原理,通过仿真方法定量研究了压气机叶片由于积垢沉淀等因素引起粗糙度增大,从而导致其性能的衰退情况.仿真结果表明,当压气机叶片表面粗糙度增大时,压气机主要特性参数都不同程度的减小,使压气机总体性能下降.【总页数】4页(P32-35)
【作者】李冬;樊照远;张娟;杨欣毅
【作者单位】海军航空工程学院研究生管理大队,山东,烟台,264001;海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室,沈阳,110043;中国海洋大学青岛学院机电工程系,山东,青岛,266300;海军航空工程学院研究生管理大队,山东,烟台,264001
【正文语种】中文
【中图分类】V2
【相关文献】
1.叶片积垢对压气机性能衰退的影响 [J], 王松;王国辉;韩青;王忠义;任翱宇
2.涡轮叶片粗糙度对其性能衰退的影响研究 [J], 李本威;李冬;沈伟;王永华;蒋科艺
3.叶片粗糙度对压气机性能影响研究 [J], 孙涛; 王岩; 宋汉强
4.叶片表面粗糙度分布形式对压气机性能的影响 [J], 叶楠;申连洋;宫妍;王忠义;巩耀禛
5.叶片表面粗糙度分布形式对压气机性能的影响 [J], 叶楠;申连洋;宫妍;王忠义;巩耀禛
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粗糙度对离心压气机气动性能的综合影响

2021年8期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application粗糙度对离心压气机气动性能的综合影响*王金伟1，2，王云1，2，张呈1，2，何少飞1，2（1.南昌航空大学飞行器工程学院，江西南昌330063；2.江西省微小航空发动机重点实验室，江西南昌330063）引言离心压气机的主要工作部分为叶轮，叶轮由叶片和轮盘组成。

与轴流压气机相比，离心压气机具有单级增压能力强、防喘特性好等优点。

通常在设计制造微小型发动机时，考虑到微小型发动机的尺寸小、空气流量小，并要求发动机的整体结构紧凑，因此单级增压能力强的离心压气机比轴流压气机能更好的适应其工作设计状况，在微小型发动机中也得到更广泛的使用[1]。

在发动机工作过程中，气体流主流流经压气机，同时带来的还有各种杂质灰尘以及细小颗粒，而这些杂质对压气机叶轮都有不同程度的冲蚀磨损[2]，这就导致压气机叶轮表面光滑程度发生改变，进一步对压气机的气动性能带来一定程度的影响。

国内外的研究人员关于压气机性能结构方面的研究技术和实验方法已经较为成熟，而对于压气机表面粗糙度的研究则不够深入。

张浩[3]等人通过对轴流压气机叶片不同局部位置粗糙度的改变，得出叶片前缘粗糙度越小，压气机气动性能越好，而对于叶片尾缘，适当的粗糙度对其流场性能有增益效果。

轴流式压气机的压缩效率极大程度上取决于叶型，因此叶片粗糙度对轴流式压气机性能影响较为显著[4-7]，而在各项性能中，粗糙度的改变对入口压差的影响最大[8]。

李钊[9]等人分析了压气机积垢后压气机性能损失，表明积垢对压气机性能的影响主要体现在积垢改变了叶片表面粗糙度，增加了摩擦损失，使流动损失增大。

国外一些学者通过研究粗糙度对叶栅和叶型损失的影响，指出了多个和单个局部粗糙度对压气机性能影响间的关系[10]。

同时利用不同雷诺数下定常和非定常两种不同方式进行对比，确立验证了粗糙度对流动性能的影响机理[11-14]。

静叶角度调节对压气机性能影响的试验研究

静叶角度调节对压气机性能影响的试验研究近年来，压缩机、压气机等气体动力机械设备在航空、能源、冶金、石油、化工等领域得到广泛应用。

压缩机的性能主要受到叶片几何尺寸和叶片角度等因素的影响，其中压气机的叶栅角度的调整是影响推力效率和推力系数的关键因素。

因此，研究压气机叶片静叶角度对压气机性能的影响是压缩机应用和设计研究的关键内容。

本文主要研究压气机叶片静叶角度调节对压气机性能的影响，并以机翼型号框架为例，利用实验研究和数值分析方法，研究压气机叶片静叶角度调节对压气机性能的影响。

首先，对压气机叶片静叶角进行系统分析，探讨了压气机叶片静叶角的定义和特性，以及压气机叶片静叶角的实际工作原理及其对推力效率和推力系数的影响。

然后，以机翼型号框架为例，在一定的压气机叶片静叶角范围内，建立实验研究和数值分析模型，采用CATIA三维建模软件和ANSYS流体分析软件，对机翼模型进行流场计算，计算出换热特性和流经结构物表面的压力分布，从而分析压气机叶片静叶角调节对压气机性能的影响。

最后，以压气机叶片静叶角调节对压气机性能影响的实验结果和数值分析结果为基础，研究了压气机叶片静叶角调节对压气机性能的影响规律，提出了尽早调整压气机叶片静叶角为最佳静叶角的方法。

同时，对性能分析结果和试验结果进行了比较，并讨论了静叶栅角调节对压气机性能的影响因素，为调节压气机叶片静叶角提供了实践参考。

本研究为压气机性能的调整提供了有益的指导，并可以为压气机的设计与优化提供参考，其有效性已得到实践证明。

综上所述，本文通过分析压气机叶片静叶角的定义及其性能影响，以及调节叶栅静叶角对压气机性能影响的实验研究和数值分析研究，探讨了压气机叶片静叶角调节对压气机性能的影响规律，为压气机调节和优化提供了实用的参考。

级环境下叶片表面粗糙度对压气机气动性能的影响

Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｉｍ＠ａｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
第２期
韩菲，等：级环境下叶片表面粗糙度对压气机气动性能的影响
４９
图３为试验结果和数值仿真结果的特性曲线比
一一
较，虽失速端效率值相对差异略大，但在误差允许范围之内，二者特性趋势吻合较好，由此表明，本文的仿真模型是可行的．
米收稿日期：２０１４－０３－０７
基金项目：国家自然科学基金资助项目（１１２０２０４３）
作者简介：韩菲（１９８８一），女，硕士研究生；
杜礼明（１９７２一），男，副教授，博士，主要从事内燃机涡轮增压技术的研究
艺及流程决定，使用环境及维护对其也有重要影响．在工作过程中压气机不可避免会吸人空气中所含的各种粉尘、微粒，这些粉尘、微粒与压气机内的油污混合后就会残留在叶片表面，黏附和堆
本文以某离心压气机为研究对象，在级环境下（包括采进气回流机匣处理结构、叶轮、扩压器
增加 ¨ Ｊ．因此，定量研究压气机的叶片表面粗糙度对其性能的影响不仅可以指导压气机的制造，还有利于压气机的高效安全运行控制，并可以为
２．２总体性能分析

叶片表面粗糙度对透平叶栅气动性能影响的试验研究_姚君

叶片表面粗糙度对透平叶栅气动性能影响的试验研究姚君,刘红(清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室,北京 100084)摘要:燃气轮机的透平前温在不断提高,采用热障涂层技术是保证透平叶片能够在高温下安全工作的重要手段。

但是热障涂层的喷涂会改变叶片表面的粗糙度,粗糙度的变化对透平的气动性能会有多大的影响是必须关注的问题。

本文试验研究了叶片表面粗糙度对透平气动性能的影响。

试验结果表明,在喷涂过程中必须控制叶片表面粗糙度,否则会显著增加损失。

关键词:透平叶栅;粗糙度;损失;热障涂层中图分类号:TK474 7+1; 文献标识码:A 文章编号:1009-2889(2008)02-0028-04随着叶轮机械设计水平的提高,在重型燃气轮机透平部件的气动设计方面,提高其等熵效率的空间越来越小。

在部件效率提升有限的条件下,为了提高布雷登循环的循环效率,透平前温度不断提高,从E 级燃气轮机到H 级燃气轮机,透平前温度从1100 提高到1500 等级。

为了保证透平在高温条件下安全工作,在透平前几级大量使用了热障涂层(TB C)技术。

但是采用表面喷涂会增加对叶片表面的粗糙度。

这一方面是由于喷射过程本身的涂层材料颗粒,另一方面是由于工作条件下涂层的腐蚀,使得叶片表面粗糙度提高。

Bons 等人详尽地描述了何种表面粗糙度适合应用在燃气轮机上[1]。

为了维持涂层部件的气动性能,有必要了解TBC 涂层喷涂带来的表面粗糙度增加对叶片气动损失的影响。

尽管有些研究工作表明,采用特定的粗糙表面结构,提高透平叶栅表面粗糙度一定程度上能抑制叶片边界层的分离,从而达到控制流动,减少损失的目的[2-5],但同时,表面粗糙度的增加附加了一部分摩擦引起的动能损失,增大了损失[6]。

本实验通过研究不同表面粗糙度对透平叶栅总压损失的影响,研究采用热障涂层对透平叶栅气动性能的影响。

1 实验方法实验是在清华大学热能工程系燃气轮机实验室低速透平平面叶栅风洞中进行的。

压气机叶轮叶片的失稳分析

压气机叶轮叶片的失稳分析近年来，压气机叶轮叶片的失稳问题引起了广泛的关注。

压气机作为燃气轮机的核心部件，其稳定运行对于燃气轮机的性能和寿命至关重要。

然而，在实际运行中，叶轮叶片的失稳现象常常会导致燃气轮机的性能下降、噪声和振动增大、甚至发生严重的事故。

因此，深入研究压气机叶轮叶片的失稳问题有着重要的意义。

首先，我们需要了解压气机叶轮叶片失稳的原因。

一种常见的原因是叶片本身的结构问题。

由于叶轮叶片是高速旋转的，其受到的离心力和气动力的作用很大，因此叶片的强度和刚度是关键因素。

如果叶片的强度不够或者刚度不均匀，就容易发生失稳。

此外，叶片的材料和工艺也会对失稳性能产生影响。

例如，叶片的塑性变形和疲劳破坏会导致叶片的形状产生变化，从而引发失稳现象。

另一个导致压气机叶轮叶片失稳的原因是流体动力学问题。

在压气机内部，气体流动会导致叶轮叶片的受力情况不均匀，从而引发叶片的振动。

特别是在大负荷运行和转子共振区域，由于气体的非线性和不稳定性，叶片的失稳现象更加明显。

此外，还存在着气体边界层的分离和抖动、各种流动涡流的相互作用等问题，这些也会对叶片的失稳性能产生重要影响。

针对压气机叶轮叶片的失稳问题，研究人员们提出了不同的分析方法和解决方案。

一种常用的方法是通过数值模拟来研究叶片的振动和失稳特性。

利用计算流体力学（CFD）方法，可以模拟叶轮叶片在不同工况下的气动受力情况，从而分析叶片的振动和失稳现象。

此外，还可以利用有限元分析方法研究叶片的结构应力和振动响应，进一步分析叶片的失稳性能。

通过这些分析方法，可以准确评估压气机叶轮叶片的稳定性，并根据分析结果提出相应的改进和优化措施。

除了数值模拟方法，实验方法也是研究压气机叶轮叶片失稳问题的重要手段。

实验可以直观地观察到叶片的振动和失稳现象，提供直接的实验数据，对于验证数值模拟结果和分析结果的准确性具有重要意义。

目前，研究人员们常常利用激光测振技术、压电传感器和加速度计等仪器设备来对叶片的振动进行测量。

叶顶间隙和叶片表面粗糙度对离心压气机性能的影响

叶顶间隙和叶片表面粗糙度对离心压气机性能的影响
叶顶间隙和叶片表面粗糙度对离心压气机性能的影响
余继华1，张勇2a，崔世麒2b，王琳2a
【摘要】摘要：为充分研究叶顶间隙和叶片表面粗糙度对某型离心压气机工作性能的影响，文章分别对不同间隙和粗糙度情况下压气机的工况仿真计算，得到不同的特性线。

分析表明：叶顶间隙和粗糙度越大，增压比和效率越低，粗糙度由0.03mm减小到0.01mm，增压比大约提高了1.5%，工作效率大约提高了1%，叶顶间隙由0.6mm 减小到0.1mm，增压比大约提高了10%，工作效率提高了2.5%。

该研究结果对下一步的改进设计具有重要的参考价值。

【期刊名称】海军航空工程学院学报
【年(卷),期】2016(031)003
【总页数】5
【关键词】离心压气机；叶顶间隙；粗糙度
某型离心压气机正处于研仿阶段，和轴流叶轮相比，离心叶轮的叶片高度要小很多，尤其是叶轮出口处，再加上粘性作用强，雷诺数小，附面层相对厚度更大。

受加工、装配误差及叶轮结构强度等因素影响，相对叶尖间隙尺寸和叶片相对厚度明显增大，因而叶尖间隙泄漏流对叶轮性能的影响相比轴流叶轮更为显著［1-6］。

此外，该型压气机的实际工作环境非常恶劣，盐雾腐蚀、油渍等积垢沉积现象比较严重，这都会导致叶片的表面粗糙度增大，影响流道的流通能力，甚至降低压气机的工作性能。

以上2个因素在压气机研仿阶段必须充分考虑，才能更加准确地设计出所需要的压气机。

随着计算机技术的快速发展，利用CFD技术数值仿真压气机工作流场，不仅可以节省大量的人力物力，还能很大程度上缩短研制周期。

因此，该研究手段在压气机设计中得到越来越广泛。

压气机叶片表面局部粗糙度影响气动性能机理研究

压气机叶片表面局部粗糙度影响气动性能机理研究作者：张浩周超郭佳男来源：《航空科学技术》2019年第01期摘要：基于某亚声速轴流压气机转子，通过8种研究方案的分析对比，研究了叶片弦向和展向不同局部位置的表面粗糙度对气动性能和流动特性的影响机理，为压气机叶片在维护过程中局部抛光提供了理论依据。

结果表明，抛光叶片前缘附近能极大地改善气动性能，尾缘附近粗糙度对流场能产生有利影响，不需要抛光，抛光叶展方向不同局部粗糙表面均能改善气动性能，但对流场的影响较为复杂。

关键词：轴流压气机;表面粗糙度;局部抛光;气动性能;流场分析中图分类号：V231.3 文献标识码：A航空发动机压气机叶片在长期使用过程中，由于受到外物打伤、摩擦、磨损、侵蚀和烧伤等多种因素的影响[1]，不同局部位置的表面粗糙度发生改变，直接影响着叶片表面的边界层流动和流体绕流，改变压气机内部流场结构，导致压气机性能和整机性能的恶化。

在维护过程中，如果能够有针对性地选择叶片局部位置进行抛光，则可以大量降低维护成本。

通常对于叶片表面粗糙度的研究分为整体粗糙度和局部粗糙度[2]。

整体粗糙度增大时，会降低叶轮机械的性能[3～5];而局部粗糙度对流场的影响比较复杂，可以作为一种被动流动控制手段[6，7]，改善压气机气动性能和内部流动特性。

国内外很多学者对叶片表面粗糙度做了大量的试验和数值研究。

Seung Chut Back等[8，9]研究了低速压气机叶栅，试验表明随叶栅表面粗糙度增加，轴向速度降低，气流转折角和损失系数增加。

Marco Berrino等[10]通过试验和数值方法研究了定常和非定常条件下两种不同雷诺数和三种不同叶片表面粗糙度对涡轮叶栅叶型损失的影响。

PhilippGilge等[11]通过试验手段研究了在涡轮叶栅吸力面的4处局部粗糙度，提出了多个局部粗糙度产生的总损失与每个局部粗糙度产生损失之间的关系。

Semiu A.Gbadebo等[12]则通过给叶片表面粘贴粗糙带的方法来研究局部粗糙度对压气机级性能的影响，试验表明叶片前缘至吸力峰处的粗糙度对压力损失和叶片表面流动的影响较大，而吸力峰至尾缘的影响可以忽略不计。

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)
=
∂t
∂xi
∂ ∂x j

µ

+ µt σe
∂e

∂x
j

+ C1e
e k
(Gk
+ C3eGb
) − C2
e2 k
+
Se
(3)
方程中 Gk 表示由层流速度梯度产生的湍流动能，Gb 是由浮力产生的湍流动能，YM 由于在可压缩湍流中，过渡扩散产生的波动，C1，C2，C3 是常量， σ k 和 σ e 是 k 方程和 e 方程的湍流 Prandtl 数。

∂ ∂x j
µeff ui

∂u j ∂xi
+
∂ui ∂x j

−
2 3
∂ ∂x j
µeff ui

∂ui ∂xi

+
∂ ∂x j
keff

∂T ∂x j

p = ρ RT
根据文献[10]比较分析，确定湍流模型采用 k − e 模型，它是个半经验公式，主要基于考虑湍流动能
Figure 2. View of blade profile 图 2. 叶型视图
在前处理模块中读取模型文件，对模型进行网格划分。叶型及其延伸段模型网格拓扑结构选取设置成 HOH 型网格[12]，其中叶片前、后延伸段为 H 型网格，叶片型面附近采用 O 型网格设置，其中沿轴向、径向和周向方向前后延伸段节点设置为 33 × 61 × 97，叶片型面附近节点设置为 49 × 61 × 99，端壁和叶片表面第一层网格尺度为 0.00001 mm，这样做，可以保证壁面第一层网格 0< y+ ≤ 10。
国外对这方面研究的较早，主要是通过实验手段进行研究，取得了一系列有意义的研究成果[4]。Suder 通过在 NASA Stage35 高速压气机叶片表面增加粗糙度和叶型厚度的方法，详细研究了污垢沉积下的叶片粗糙度改变和厚度增加对压气机性能与流场分布的影响[5]。国内学者对压气机叶片粗糙度对其性能影响做了积极的研究。李本威等研究了压气机叶型改变导致其性能下降的情况。采用在易积垢部位增加随机尺寸的方法近似模拟叶片积垢等原因引起的叶型改变，并分析了叶片积垢、叶顶间隙增大等因素对压气机性能的影响，通过仿真得到压气机在各种不同工况下性能衰退程度[6]。李钊等针对压气机工作过程中叶片表面积垢对压比、效率的影响，将积垢影响换算成压气机叶片粗糙度的变化，分别对积垢分布在叶片前缘、吸力面与压力面以及在不同转速下的压气机性能进行了仿真计算[7]。郑贇以跨声速风扇 Rotor 67 转子叶片在气动载荷下的变形为例，分析了叶片变形对风扇气动性能变化的影响[8]。陈绍文通过对污垢沉积引起的叶片厚度和壁面粗糙度的增加来模拟不同的污垢沉积程度对压气机级性能的影响，两种模拟方法较真实地还原了叶片表面的积垢情况，计算结果具有一定的指导意义[9]。
和扩散率。采用 k − e 湍流模型计算流动的湍流效应。k 方程表示如下：
∂
(
k
)
+
∂
(
k= ui )
∂t
∂xi
∂ ∂x j

µ

+ µt σt
∂k

∂x
j
+ Gk
+ Gb
− e − YM
+ Sk
(2)
e 方程是个由经验公式导出的方程：
∂
(
e
)
+
∂
(
eui
Applied Physics 应用物理, 2019, 9(8), 365-372 Published Online August 2019 in Hans. /journal/app https:///10.12677/app.2019.98043
Received: July 21st, 2019; accepted: August 5th, 2019; published: August 12th, 2019
Abstract
There are many factors that affect the performance of aero-engine, among which the change of compressor blade surface roughness caused by scaling is the representative one. The change of blade surface roughness directly affects the change of effective flow area of air passage, and then causes the change of supercharging capacity, efficiency and flow capacity. In this paper, the flow field simulation technique is used to study the performance variation of compressor under different blade roughness. The results show that when the blade roughness decreases, the compressor boost ratio and efficiency increase significantly, the shock wave intensity on the blade surface decreases, the total temperature decreases, and the overall performance of the compressor improves significantly.
压气机模型建立后，仿真计算标准状态下的参数，利用性能参数计算数值与设计数值进行对比验证，检验所建压气机模型的精度。计算发现，在标准状态下的效率和压比最大相对误差为 1.59%和 1.95%，在允许的误差范围内。因此所建模型有效。
Open Access
1. 引言
由于飞机使用条件特殊，经常处在高温高湿的环境中，发动机进口环境恶劣复杂，如沙尘、盐雾、粉尘、昆虫、油类等天气，长期使用致使发动机各部件型面如压气机和涡轮叶片积尘、腐蚀、几何变形等[1] [2]，各项性能指标将随着部件性能的下降而恶化，进而严重影响发动机整机的性能。上面所述部件失效机理都是有代表性的，任何一种失效形式，在一定程度上都会导致叶片表面粗糙度的变化。随着叶片表面粗糙度的改变，压气机气流通道的流通能力，以及压气机的压比和效率随之改变，从而进一步引起发动机推力下降，耗油率升高以及稳定工作范围进一步减小，从而增加后期维护成本[3] [4]。
2. 数值方法
在标准大气条件下，仿真计算压气机在稳定工作状态下的性能参数。这是后续研究分析的基础。因此控制方程采用时均湍流模型进行燃气流场计算，其形式如下：
DOI: 10.12677/app.2019.98043
366
应用物理
孙涛等
∂ρ

∂t
+
∂ ∂xi
( ρui
)
= 0
( )

Study on the Influence of Blade Roughness on Compressor Performance
Tao Sun1, Yan Wang2, Hanqiang Song3 1Naval Aviation Academy Fundamental College, Yantai Shandong 2The PLA Navy’s First Military Representative Office in Shenyang, Shenyang Liaoning 3The Army of Unit 92728, Shanghai
关键词
叶片，粗糙度，流场仿真，压气机性能
Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
本文在上述研究基础上，通过改变叶片粗糙度近似模拟叶片积垢、腐蚀对叶片型面的影响，带入到建立的模型中去，仿真计算压气机气流流场变化，研究叶片表面粗糙度变化后，比较三种粗糙度对应的压气机性能参数、特征截面参数以及总体性能的变化情况。详细描述和分析了不同转速和粗糙度下的叶片表面的激波位置和分离位置变化。
1) 近于光滑壁面： 0μm ≤ hs ≤ 5μm ； 2) 过渡粗糙壁面： 5μm ≤ hs ≤ 70μm ； 3) 完全粗糙壁面： hs > 70μm 。
Figure 1. Sand roughness model 图 1. 沙粒粗糙度模型
图 1 所示的沙粒粗糙度模型，模型认为粗糙度具有收缩效应，如果沙粒的大小为 hs，此时模型中的粗糙度为 hs 2 。随着 hs 的增大，近壁面气流层流底层损失非常快，极大增强壁面附近的湍流粘性。计算过程中，利用改进的壁面函数将壁面嵌入到流场分析中，从而计算叶片粗糙度对其性能的影响。考虑粗糙度影响的近壁面速度修正公式表示如下：
DOI: 10.12677/app.2019.98043
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应用物理
孙涛等
( ) u+ =1× ln y+ 1+ 0.3× k + k + C
(4)
式(4)中，u+ 表示近壁面速度函数， y+ 表示近壁面的无量纲距离，k 表示冯·卡门常数，C 是依赖壁面粗