Бул изилдөө, жакын космос koşullarında azalan аба тыгыздыгы жана Reynolds саныnın жогорку басым катышlı трансоникалык bir борбордон четтөөчү компрессорde performansı кантип düşürdüğünü жана жоготууların импеллер менен канаттуу диффузор arasında кантип yeniden dторıldığını incelemiştir. Изилдөөчүлөр, NASA CC3 борбордон четтөөчү компрессорünün импеллер жана канаттуу диффузорünü бирге içeren үч өлчөмдүү, sürekli rejimli bir сандык модель kurmuş; 0, 10, 20 жана 25 km бийиктикке karşılık gelen giriş koşullarını aynı düzeltilmiş dönme hızında karşılaştırmıştır.

Referans Reynolds саны деңиз деңгээлиndeki 5,70 × 10⁵ баалуулукinden 25 km’de 2,28 × 10⁴ баалуулукine düşmüştür. Aynı aralıkta hesaplanabмененn en жогорку жалпы басым катышы yaklaşık 4,50’den 3,92’ye, en жогорку изентропиялык эффективдүүлүк 0,87’den 0,76’ya жана en жогорку оңдолгон массалык чыгым yaklaşık 4,90 kg·s⁻¹ баалуулукinden 4,45 kg·s⁻¹ баалуулукine gerмененmiştir. En жогорку изентропиялык эффективдүүлүкdeki göreli düşüş %12,9’dur.

Kayıp dторılımı бийиктик менен бирге değişmiştir. Deniz seviyesinde toplam өлчөмсүз энтропия artışının %58’i диффузорden, %42’si импеллерtan булакlanmıştır. Reynolds саны azaldıkça импеллер kaybı daha ылдам artmış; 20 km’de iki bмененşen toplam kayba eşit katkı маалыматr hâle gelmiştir. Муну менен бирге 10–25 km aralığında диффузор маалыматmi %5,72, импеллер маалыматmi болсо %4,05 azalmıştır. Bu натыйжа, диффузорün импеллер çıkışındaki bozulmuş агым koşullarına daha duyarlı болгонуnu көрсөтөт.

Түркия жагынан баалоо: Bulgular, Түркияда жогорку бийиктик uzun абаda kalışlı аба araçları, жакын космос platformları, жогорку бийиктик pistonlu motor destek системаleri, turboşarjlar жана kompakt аба тыгыздоо makineleri üzerinde çalışan изилдөө ekipleri үчүн yararlı bir mekanizma çerçeжанаsi сууnmaktadır. Түркия’ye özgü uygulama үчүн модельin yerli компрессор geometrмененriyle yeniden kurulması, чыныгы giriş bozulmaları жана atmosfer koşullarının eklenmesi, zamana bторlı tam halka эсептөөları түзүмlması жана жогорку бийиктик тест düzeneği же төмөн басым odasında экспериментsel валидация чыныгыleştirilmesi gerekir. Изилдөөdan Түркияда kullanılan herкайсы bir motorun басым катышы, бийиктик sınırı, kararlılık payı, yakıt tüketimi же görev performansı түздөн-түз çıkarılamaz.

Изилдөөnın ortaya koyduğu temel жоготуу zinciri şöyledir: Reynolds саныndaki azalma чек ара катмарыnın турбуленттүүлүкa өтүүini geciktirmekte, өзгөчөlikle каптамаya yakın соруу бетиnde төмөн momentumlu суюктукın birikmesini kolaylaştırmakta, yerel өзүнчөlma жана куюн өзөгү yayılımını artırmakta, импеллер çıkışındaki агым бурчуnı bozmakta жана bu bozulmuş агым диффузорün giriş жоготууlarını büyütmektedir.

Изилдөөнүн негизги суроосу эмне?

Yakın uzay жана жогорку бийиктик koşullarında atmosfer basıncı менен тыгыздык büжүк ölçüde azalır. Kompresörün geometrisi жана karakteristik hızı değişmese bменен тыгыздыкtaki düşüş, агым үчүнdeki atalet күчlerinin viskoz күчlere катышını ifade eden Reynolds саныnı azaltır. Bu değişim, калак бетindeki чек ара катмарыnı, уч боштугу агымını, импеллер çıkışındaki hız dторılımını жана диффузор басым кайтарып алууını etkмененyebilir.

Изилдөө yalnızca “компрессор маалыматmi ne kadar azalır?” soruсууnu sormamaktadır. Asıl amaç, өндүрүмдүүлүк жоготуусуnın импеллер менен диффузор arasında кантип dторıldığını жана импеллер үчүнde başlayan агым bozulmasının диффузор girişine кайсы mekanizmayla taşındığını belirlemektir.

Изилдөөnın ana mekanizma soruları şunlardır:

• Düşük Reynolds саны, калак бетindeki ламинардык-турбуленттик өтүүi кантип değiştirmektedir?
• Düşük momentumlu bölgeler кайсы ачыкlık жайгашууlarında yoğunlaşmaktadır?
• Muhafazaya yakın соруу бетиnde өзүнчөlma жана yerel geri dolaşım gelişmekte midir?
• Uç kaçторı жана куюн çekirdeklerinin uzamsal kapsamı кантип değişmektedir?
• Çark çıkışındaki bozulma диффузор giriş açısını жана диффузор kaybını кантип etkмененmektedir?

NASA CC3 компрессорü эмне үчүн seçilmiştir?

NASA CC3, жогорку басым катышlı трансоникалык борбордон четтөөчү компрессорlerin сандык incelenmesinde kullanılan, geometrisi жана экспериментsel performans маалыматleri kamuya ачык bir referans системаidir. Изилдөөda калак profilleri, meridyen канал koordinatları жана temel tasarım өзгөчөlikleri NASA tasarım raporlarından yeniden oluşturulmuştur.

Şekil 1, компрессордун жогору жактан, önden жана eğik görünümlerini сууnmaktadır. Geometri; ana калактарı, ara калактарı, импеллер çıkışını жана экологиялык катары yerleştirмененn канаттуу диффузорü içermektedir. Şekil 2’deki эсептөө аймагы болсо tek bir периоддук импеллер geçidi менен buna karşılık gelen канаттуу диффузор geçidini көрсөтөт.

Reynolds саны кантип аныкталган?

İrtifalar arasında viskoz etkмененri салыштырууk үчүн referans Reynolds саны şu bторıntıyla эсептелген:

\[ Re=\frac{\rho u_2 b_2}{\mu} \]

Burada \(\rho\) giriş абаsının yoğunluğunu, \(u_2\) импеллер çıkışındaki экологиялык hızı, \(b_2\) импеллер çıkışı калак жогоркуliğini жана \(\mu\) абаnın dinamik viskozitesini көрсөтөт. Изилдөөda \(b_2=17\) mm alınmıştır.

Yoğunluk ideal gaz bторıntısıyla эсептелген:

\[ \rho=\frac{p}{RT} \]

Басым жана температура бийиктик менен бирге değiştiği үчүн тыгыздык hızla azalmıştır. 25 km’deki тыгыздык деңиз деңгээлиnin yaklaşık %3,2’sine, Reynolds саны болсо yaklaşık %4’üne düşmüştür.

Neden aynı чыныгы dönme hızı kullanılmamıştır?

Farklı бийиктикlarda giriş sıcaklığı değiştiği үчүн компрессорler түздөн-түз aynı механикалык devirde karşılaştırılsaydı экологиялык Mach sayıları aynı olmayacaktı. Bu эмне үчүнle изилдөөчүлөр aynı düzeltilmiş dönme hızını korumuş жана чыныгы механикалык hızı her бийиктикnın giriş sıcaklığına göre değiştirmiştir.

Düzeltilmiş dönme hızı:

\[ N_{\mathrm{cor}} = \frac{N}{\sqrt{T^*/T_0}} \]

Düzeltilmiş массалык чыгым болсо:

\[ \dot{m}_{\mathrm{cor}} = \dot{m} \frac{\sqrt{T^*/T_0}}{P^*/P_0} \]

biçiminde ifade edilmiştir. Burada \(T_0=288{,}15\) K жана \(P_0=101.325\) Pa referans koşullarıdır.

Bu düzenleme, изилдөөнүн “aynı чыныгы motor devri” değil, aynı аэродинамикалык düzeltilmiş hız koşullarını karşılaştırdığı anlamına gelmektedir.

Sayısal модель кантип kurulmuştur?

Üç boyutlu, sürekli, sıkıştırılabilir Reynolds орточоlı Navier–Stokes denklemleri ANSYS CFX менен çözülmüştür. Türbülans үчүн SST \(k-\omega\) модельi колдонулган. Bu модель, duvara yakın агымları жана ters басым gradyanı altındaki өзүнчөlmaları çözmeye yönelik bir түзүмya sahiptir.

Düşük Reynolds саныnda ламинардык-турбуленттик өтүүin değişimini hesaba katmak үчүн SST модельi, \(\gamma-Re_\theta\) өтүү модельiyle birleştirilmiştir. Модель iki ek büжүкlüğü издөөktedir:

• Aralıklılık katsayısı \(\gamma\): Sıfıra yaklaştığında ламинардык же өтүү hâlindeki, bire yaklaştığında büжүк ölçüde турбуленттүү агымı ifade etmektedir.
• Momentum kalınlığı Reynolds саны \(Re_\theta\): Sınır tabakası өтүүinin başlaması жана gelişmesiyle ilişkilidir.

Girişte toplam басым, toplam температура жана eksenel агым багыты; диффузор çıkışında statik басым аныкталган. Karakteristik eğrмененri oluşturmak үчүн çıkış geri basıncı kademeli катары жүкseltilmiştir. Bütün katı бетler тайгаланбас жана адиабаталык kabul edilmiştir.

Çark жана диффузор arasında маалымат кантип aktarılmıştır?

Dönen импеллер alanı менен sabit диффузор alanı arasında Frozen Rotor arayüzü колдонулган. Bu yaklaşım импеллер жана диффузорün göreli экологиялык жайгашууunu sabit tutarak hız, басым жана температура düzensizliklerini arayüzden geçirir. Böylece импеллер çıkışındaki экологиялык düzensizliğin bir kısmı диффузор girişine aktarılabilmektedir.

Муну менен бирге Frozen Rotor жана sürekli RANS yaklaşımı aşторıdaki процессleri физикалык zaman үчүнde çözmemektedir:

• Kanat өтүү жыштыкına bторlı ротор–статор өз ара аракеттенүүi,
• uç kaçторı girdabının zamana bторlı hareketi жана parçalanması,
• dönen stall hücreleri,
• сууrge salınımları,
• kararlılık sınırı yakınındaki geçici агым түзүмları.

Bu эмне үчүнle изилдөөдөki төмөн debili son yakınsamış noktalar чыныгы сууrge sınırını temsil etmemektedir. Изилдөөчүлөрın kullandığı “hesaplanabмененn en жогорку басым катышы”, yalnızca sürekli çözümlerin yakınsadığı aralıktaki en жогорку баалуулукdir.

Ağ bторımsızlığı кантип баалуулукlendirilmiştir?

Çark жана диффузор үчүн түзүмlandırılmış торlar ANSYS TurboGrid менен üretilmiştir. Ön кыр, arka кыр, уч боштугу, соруу бети, диффузор girişi жана диффузор калакты алдыңкы кырыı gibi жогорку gradyan beklenen bölgeler yerel катары inceltilmiştir.

Şekil 3’te импеллер бетlerindeki \(y^+\) маанилерinin büжүк ölçüde birin altında kaldığı görülmektedir. Bu, өтүү жана SST модельlerinin duvara yakın çözüm gereksinimini колдойт.

Şekil 4 жана Tablo 2’ye göre toplam hücre sayısı 494.000’e ulaştıktan sonra daha sık торların басым катышыna etkisi sınırlı kalmıştır. Bu эмне үчүнle diğer эсептөөlarda 233.000 импеллер жана 261.000 диффузор hücresinden oluşan тор колдонулган.

Модель NASA экспериментleriyle ne kadar uyumludur?

Модель, деңиз деңгээлиndeki басым катышы жана изентропиялык эффективдүүлүк karakteristikleri bakımından NASA эксперимент маалыматleriyle салыштырылган. Şekil 5 жана Şekil 6’da сандык eğrмененr экспериментsel eğilimleri жалпы катары издөөktedir.

• Toplam басым катышыndaki орточо bторıl hata: %8,00
• İzэнтропияk маалыматmdeki орточо bторıl hata: %5,56
• Басым катышı eğrisindeki орточо массалык чыгым четтөөsı: %2,58
• Басым катышı eğrisindeki en жогорку массалык чыгым четтөөsı: %4,87
• Verim eğrisindeki орточо массалык чыгым четтөөsı: %2,06
• Verim eğrisindeki en жогорку массалык чыгым четтөөsı: %5,17

En büжүк noktasal farklar boğulmaya yakın dik eğri kolunda görülmüştür. Küçük bir boğulma sınırı kayması, aynı debide büжүк басым катышы жана маалыматm farkı oluşturabilmektedir. Bu эмне үчүнle модель ana изилдөө bölgesindeki göreli değişimleri текшерүүk үчүн kullanılmış; чыныгы boğulma же kararlılık sınırının жогорку doğrulukla tahmini үчүн yeterli kabul edilmemiştir.

İrtifa arttığında компрессор performansı кантип değişmiştir?

Şekil 7 жана Şekil 8, бийиктик arttıkça басым катышы жана маалыматm karakteristiklerinin daha төмөн düzeltilmiş debмененre жана daha төмөн performans деңгээлlerine kaydığını көрсөтөт.

Deniz seviyesinden 25 km’ye çıkıldığında en жогорку изентропиялык эффективдүүлүк 0,112 azalmış, yani yaklaşık %12,9 düşmüştür. Yüksek маалыматmli изилдөө aralığı da daralmıştır. Bu durum, төмөн Reynolds саныnın yalnızca басым üretme кубаттуулугуni değil, жоготууların төмөн tutulabildiği изилдөө aralığını da sınırladığını көрсөтөт.

Entropi üretimi кантип эсептелген?

İdeal gaz үчүн özgül энтропия değişimi:

\[ \Delta s = c_p\ln\left(\frac{T_{\mathrm{out}}}{T_{\mathrm{in}}}\right) - R\ln\left(\frac{p_{\mathrm{out}}}{p_{\mathrm{in}}}\right) \]

bторıntısıyla ifade edilmiştir. Изилдөөчүлөр kaybı салыштырууk үчүн üstel өлчөмсүз энтропия parametresini диагнозmlamıştır:

\[ s^* = \exp\left(\frac{\Delta s}{R}\right) = \frac{ \left(T_{\mathrm{out}}/T_{\mathrm{in}}\right)^{\kappa/(\kappa-1)} }{ p_{\mathrm{out}}/p_{\mathrm{in}} } \]

İzэнтропияk ideal процессte \(s^*=1\)’dir. Viskoz yayınım, шокlar, өзүнчөlma жана karışma arttıkça баалуулук birin üzerine çıkar.

Üstel parametre doğrusal катары toplanamadığı үчүн диффузор kaybı logaritmik энтропия artışı üzerinden өзүнчөştırılmıştır:

\[ \ln s^*_{\mathrm{diff}} = \ln s^*_{\mathrm{stage}} - \ln s^*_{\mathrm{imp}} \]

Kademe өлчөмсүз энтропия parametresi 1,246’dan 1,412’ye çıkarak %13,3 artmıştır. Çark parametresi %7,9 жүкselmiştir. Difüzör parametresi önce 10 km’de hafifçe azalmış, ardından 20 жана 25 km’de belirgin biçimde artmıştır.

Kayıp импеллер жана диффузор arasında кантип dторılmıştır?

Bмененşenlerin toplam энтропия artışındaki payları:

\[ C_{\mathrm{imp}} = \frac{\ln s^*_{\mathrm{imp}}} {\ln s^*_{\mathrm{stage}}} \times 100 \]

\[ C_{\mathrm{diff}} = \frac{\ln s^*_{\mathrm{diff}}} {\ln s^*_{\mathrm{stage}}} \times 100 \]

bторıntılarıyla эсептелген.

Şekil 9’daki yığılmış sütunlar, деңиз деңгээлиnde диффузор kaybının baskın болгонуnu; Reynolds саны azaldıkça импеллер kaybının hızla büyüdüğünü көрсөтөт. 20–25 km’de iki bмененşen birbirine yakın paylara ulaşmıştır.

Entropi payı менен bмененşen маалыматminin düşme катышı aynı kavram değildir. 10–25 km arasında:

• Kademe маалыматmi %9,55,
• Çark маалыматmi %4,05,
• Difüzör маалыматmi %5,72

azalmıştır. Şekil 10’daki натыйжа, диффузорün performansının bozulan girиш агымыna импеллерtan daha duyarlı болгонуnu көрсөтөт.

Sınır tabakası өтүүi кантип değişmiştir?

Şekil 11’de импеллер geçidinin ачыкlığın %10, %50 жана %90 жайгашууlarındaki турбуленттүүлүк aralıklılığı gösterilmektedir. Deniz seviyesinde geçidin büжүк kısmı жогорку \(\gamma\) маанилерine sahiptir жана чек ара катмары erken biçimde турбуленттүү duruma geçmektedir.

İrtifa жүкseldikçe төмөн aralıklılık bölgeleri калак бетleri boyunca жана агым багытыnde genиштетүүktedir. En belirgin genиштетүү каптамаya yakın, ачыкlığın %90 жайгашууunda görülmüştür. Bu durum төмөн Reynolds саныnın өтүүi geciktirdiğini жана ламинардык же өтүү hâlindeki bölgelerin alanını artırdığını көрсөтөт.

Düşük aralıklılık alan катышı şu сүрөтde аныкталган:

\[ R_{\gamma<0.5} = \frac{A(\gamma<0.5)} {A_{\mathrm{span}}} \times100 \]

Şekil 12’ye göre өтүү baskılanması yalnızca калак ucunda oluşmamış, 25 km’de ачыкlığın tamamına yayılmıştır. Муну менен бирге 20–25 km arasındaki en ылдам artış каптамаya yakın kesitte чыныгыleşmiştir.

Düşük ылдам агым bölgeleri кантип genиштетүүiştir?

Şekil 13, каптамаya yakın span = 0,9 kesitindeki Mach саны dторılımlarını көрсөтөт. Deniz seviyesinde төмөн ылдам агым büжүк ölçüde duvar çevresinde жана geçit çıkışında sınırlı kalmıştır. 20 km’de соруу бетиnin orta жана arka bölümlerinde daha sürekli bir төмөн ылдам şerit gelişmiş; 25 km’de bu şerit arka кырdaki төмөн ылдам alanla birleşmiştir.

Düşük Mach sayılı alan катышı:

\[ R_{Ma<0.4} = \frac{A(Ma<0.4)} {A_{\mathrm{span}}} \times100 \]

катары аныкталган.

Şekil 14’te каптамаya yakın kesitin бардык бийиктикlarda en жогорку төмөн ылдам alan катышına sahip болгону görülmektedir. 20 km sonrasında bu kesitte alan катышı yaklaşık sabit kalmış, бирок агымın biçimi жана өзүнчөlma түзүмsı bozulmaya devam etmiştir. Bu эмне үчүнle yalnız alan yüzdesi агымın şiddetini tam катары ачыкlamamaktadır.

Yerel өзүнчөlma nerede gelişmiştir?

Şekil 15’te span = 0,9 kesitinin akım çizgмененri салыштырылган. Deniz seviyesinde çizgмененr büжүк ölçüde düzenli жана süreklidir. İrtifa жүкseldikçe geçidin orta жана arka bölümündeki akım çizgмененri соруу бетиne doğru toplanmış жана yanal четтөө artmıştır.

Şekil 16’daki büyütülmüş салыштырууda 0 km’de çizgмененr kavisli olmakla бирге kapalı bir geri dolaşım түзүмsı oluşturmamaktadır. 25 km’de болсо каптама tarafındaki соруу бети yakınında akım çizgмененri kıvrılarak yerel куюн benzeri bir өзүнчөlma жана geri dolaşım bölgesi meydana getirmiştir.

Bu bulgu, mekanizma zincirinin ilk üç баскычsını колдойт:

1. Türbülanslı өтүүin кечигүүsi,
2. Duvara yakın momentum taşınımının zayıflaması,
3. Ters басым gradyanı altında төмөн momentumlu суюктукın birikerek өзүнчөlması.

Üç boyutlu ana агым жана куюн системаi кантип değişmiştir?

Şekil 17’deki үч өлчөмдүү akım çizgмененri, деңиз деңгээлиnde ana агымın geçit boyunca daha düzenli болгонуnu көрсөтөт. 20 жана 25 km’de төмөн ылдам bölge genиштетүүiş, akım çizgмененri соруу бети жана каптамаya doğru daha fazla sapmış жана yerel dolaşıklık artmıştır.

Şekil 18’de Mach саны alanı менен Q-критерийи куюн çekirdekleri бирге gösterilmiştir. Deniz seviyesinde куюн түзүмları daha çok калак ucu жана каптама yakınında, nispeten sürekli şeritler hâlindedir. Yüksek бийиктикda куюн çekirdekleri geçidin iç kısmına doğru yayılmış жана daha dторınık bir geometri oluşturmuştur.

Normalize edilmiş куюн өзөгү alanı:

\[ A_Q^* = \frac{A_Q} {A_{Q,0\mathrm{km}}} \]

bторıntısıyla эсептелген.

Şekil 19, куюн өзөгү izoбетlerinin uzamsal kapsamının Reynolds саны azaldıkça büyüdüğünü көрсөтөт. Bu ölçüt girdabın dönme şiddetini же vortisite büжүкlüğünü değil, aynı Q eşiğinde диагнозmlanan izoбет alanını салыштырууktadır. Мындан тышкары натыйжалар sürekli RANS çözümündeki zaman орточоlı куюн topolojisini temsil etmektedir.

Çark үчүнdeki bozulma диффузорe кантип aktarılmıştır?

Çark çıkışı менен диффузор girişi arasındaki агым бурчу, radyal жана экологиялык hız bмененşenlerinden эсептелген. Pozitif açı normal dışa doğru radyal taşınımı, терс açı болсо radyal hız bмененşeninin tersine döndüğü anormal четтөө же yerel geri агымı көрсөтөт.

Şekil 20’de 25 km koşulunda терс açılı bölgenin каптама boyunca belirgin biçimde genişlediği görülmektedir. Alan катышı 6,60 yüzde puan artarken en төмөн açı çok daha күчli bir ters четтөөya ulaşmıştır.

Kanatlı диффузорde giriş агым бурчу, gelen агым менен диффузор калакты алдыңкы кырыının uyumunu belirler. Çevresel жана ачыкlık багытыnde ар башкаlaşan giriş açıları yerel чабуул бурчуnı, tıkanmayı, өзүнчөlmayı жана karışma kaybını artırabilir. Bu эмне үчүнle импеллер үчүнdeki төмөн ылдам өзүнчөlmanın etkisi импеллер çıkışında sona ermemekte, диффузор kaybına aktarılmaktadır.

Изилдөөnın ortaya koyduğu birleşik жоготуу mekanizması

1. İrtifa жүкseldikçe тыгыздык жана Reynolds саны azalır.
2. Kanat бетindeki ламинардык-турбуленттик өтүү gecikir.
3. Duvara yakın momentum alışмаалыматşi zayıflar.
4. Özellikle каптама tarafındaki соруу бетиnde төмөн ылдам суюктук birikir.
5. Ters басым gradyanı altında yerel өзүнчөlma жана geri dolaşım gelişir.
6. Uç kaçторı, ikincil агым жана өзүнчөlma bölgeleri arasındaki өз ара аракеттенүү güçlenir.
7. Girdap çekirdekleri geçit үчүнe yayılır жана ana агым düzeni bozulur.
8. Çark çıkışında терс radyal hız жана агым бурчу düzensizliği artar.
9. Difüzör giriş uyumu kötüleşir; өзүнчөlma, karışma жана басым кайтарып алуу жоготууları büyür.
10. Çark менен диффузор жоготууları бирге artarak kademe маалыматmini жана изилдөө aralığını düşürür.

Изилдөөnın desteklediği натыйжалар

• Reynolds саныnın 5,70 × 10⁵ баалуулукinden 2,28 × 10⁴ баалуулукine düşmesi, сандык модельde басым катышыnı, маалыматmi жана debi кубаттуулугуni azaltmıştır.
• En жогорку изентропиялык эффективдүүлүк 0,87’den 0,76’ya düşmüştür.
• Kademe өлчөмсүз энтропия parametresi %13,3 artmıştır.
• Deniz seviyesinde диффузор kaybı baskınken жогорку бийиктикda импеллер kaybının payı büyümüştür.
• 25 km’de өтүү baskılanması импеллер ачыкlığının tamamında belirgin hâle gelmiştir.
• Muhafazaya yakın төмөн Mach sayılı alan катышı yaklaşık %30’dan %42’ye çıkmıştır.
• Muhafaza tarafındaki соруу бетиnde yerel өзүнчөlma жана geri dolaşım gelişmiştir.
• Normalize edilmiş куюн өзөгү alanı 1,000’dan 1,206’ya жүкselmiştir.
• Difüzör girişindeki терс агым açılı alan %9,32’den %15,92’ye çıkmıştır.
• En төмөн giriş açısı −20,3°’den −64,5°’ye düşmüştür.
• Çark çıkışı агым bozulması менен artan диффузор kaybı arasında tutarlı bir mekanizma ilişkisi kurulmuştur.

Изилдөөnın kanıtlamadığı натыйжалар

• Модельin 20 же 25 km’de чыныгы bir компрессордун mutlak performansını aynı doğrulukla tahmin ettiği экспериментsel катары gösterilmemiştir.
• Karakteristik eğrмененrin төмөн debili son noktaları чыныгы сууrge sınırı değildir.
• Düşük Reynolds саныnın zamana bторlı stall hücrelerini жана ротор–статор өз ара аракеттенүүini кантип değiştirdiği çözülmemiştir.
• Girdap çekirdeği alanındaki artış, куюн şiddetinin aynı катышda arttığı anlamına gelmemektedir.
• Difüzör kaybındaki бардык artışın yalnızca терс giriş açılarından булакlandığı түздөн-түз kanıtlanmamıştır.
• Farklı компрессор geometrмененrinin aynı жоготуу paylarını же eşik бийиктикlarını göstereceği belirlenmemiştir.
• Gerçek учуу giriş bozulmaları, ным, parçacıklar, buzlanma жана температура düzensizlikleri incelenmemiştir.
• Kanat же каптама ısı transferi модельlenmemiştir.
• Yapısal чыңалуу, чарчоо, ротор dinamiği жана механикалык коопсуздук баалуулукlendirilmemiştir.
• Önerмененn hassas bölgeler үчүн yeni bir optimize edilmiş geometri же экспериментsel агым kontrolü geliştirilmemiştir.

Изилдөөnın күчтүү yönleri

Изилдөөнүн күчтүү багыты, жалпы performans eğrмененrini tek başına yorumlamak yerine kademe, импеллер жана диффузор жоготууlarını aynı модельde бирге текшерүүsidir. Entropi artışının bмененşenlere өзүнчөlması, төмөн Reynolds саныnın yalnızca диффузорü же yalnızca импеллерı etkмененdiği biçimindeki tek bмененşenli ачыкlamaları sınırlandırmaktadır.

İkinci күчтүү yön, жоготуу artışının birbirini tamamlayan çok sayıda агым көрсөткүчsiyle izlenmesidir. Geçiş aralıklılığı, төмөн Mach sayılı alan, akım çizgмененri, Q-критерийи куюн çekirdekleri жана диффузор giriş açısı aynı mekanizma zincirinde баалуулукlendirilmiştir.

Üçüncü күчтүү yön, NASA экспериментleriyle түзүмlan temel валидацияnın yalnızca görsel eğri benzerliğine bırakılmaması; басым катышы, маалыматm жана массалык чыгым четтөөлөрүnın сандык катары raporlanmasıdır.

Başlıca чектөөlar

Модель жогорку бийиктикlarda экспериментsel катары тастыкталган эмес. 0 km валидацияsındaki орточо басым катышы hatası %8,00 жана маалыматm hatası %5,56’dır. Bu hata деңгээлi, жогорку бийиктикdaki küçük performans farklarının mutlak hassasiyetle yorumlanmasını sınırlandırmaktadır.

Изилдөө sürekli RANS жана tek geçitli Frozen Rotor модельine dayanmaktadır. Zamana bторlı калак өтүү etkмененri, tam halka düzensizlikleri, stall başlangıcı жана сууrge dinamiği түздөн-түз çözülememektedir.

NASA CC3 geometrisi yayımlanmış koordinatlardan yeniden kurulmuştur. Gerçek эксперимент donanımıyla küçük geometrik ар башкаlıklar, уч боштугу белгисиздикleri жана чектик шарттар валидация farklarına katkı sторlayabilir.

Bütün duvarlar адиабаталык kabul edilmiştir. Yüksek бийиктик учууunda duvar sıcaklığı жана ısı transferinin өтүү davranışına etkisi bu изилдөө kapsamında баалуулукlendirilmemiştir.

Giriş koşulları standart atmosfer маанилерine dayanmaktadır. Gerçek аба aracının аба киргич, manevrası, чек ара катмары yutması же экологиялык giriş bozulması модельe eklenmemiştir.

Metnin giriş bölümündeki bazı literatür atıfları “Error! Reference source not found.” biçiminde bozulmuştur. Bu durum изилдөө bulgularını түздөн-түз değiştirmemekle бирге булак izlenebilirliği жана yayın даярдыгы açısından düzeltilmesi gereken bir biçimlendirme sorunudur.

Изилдөөnın Yöntemi жана Bulguları

Sayısal ыкма кыскачаi

Ana performans değişimleri

Şekillerin bilimsel mesajları

• Şekil 1: NASA CC3 компрессордунün жогору жактан, önden жана eğik geometrik görünümlerini көрсөтөт.
• Şekil 2: Ana калак, ara калак, уч боштугу, периоддук бетler жана канаттуу диффузорü içeren эсептөө аймагыnı сууnmaktadır.
• Şekil 3: Çark duvarlarındaki \(y^+\) маанилерinin yakın duvar çözümü үчүн төмөн tutulduğunu көрсөтөт.
• Şekil 4: Toplam hücre sayısı yaklaşık 494.000’e ulaştıktan sonra басым катышыnın тор inceltmesine sınırlı сезгичтик gösterdiğini ortaya koymaktadır.
• Şekil 5: Sayısal жана экспериментsel басым катышы karakteristiklerini, ana изилдөө жана boğulmaya yakın bölgeleri салыштырууktadır.
• Şekil 6: Sayısal жана экспериментsel изентропиялык эффективдүүлүк eğrмененrinin ana изилдөө bölgesindeki uyumunu көрсөтөт.
• Şekil 7: İrtifayla басым катышы eğrмененrinin aşторı жана daha төмөн debмененre kaydığını көрсөтөт.
• Şekil 8: En жогорку маалыматmin жана жогорку маалыматmli изилдөө aralığının бийиктик менен azaldığını көрсөтөт.
• Şekil 9: Entropi artışının импеллер менен диффузор arasındaki dторılımını жана бийиктик менен değişen katkı катышlarını көрсөтөт.
• Şekil 10: Kademe, импеллер жана диффузор маалыматmlerinin 10–25 km arasında düştüğünü; en büжүк bмененşen маалыматm kaybının диффузорde oluştuğunu көрсөтөт.
• Şekil 11: Açıklığın üç жайгашууunda төмөн aralıklılık bölgelerinin бийиктик менен калак бетi boyunca genişlediğini көрсөтөт.
• Şekil 12: Düşük aralıklılık alan катышının өзгөчөlikle 20 km sonrasında hızla arttığını көрсөтөт.
• Şekil 13: Muhafazaya yakın kesitte төмөн Mach sayılı alanın соруу бети жана geçit çıkışı boyunca büyüdüğünü көрсөтөт.
• Şekil 14: Düşük ылдам alan катышının бардык ачыкlık жайгашууlarında arttığını жана en жогорку баалуулукin каптама yakınında kaldığını көрсөтөт.
• Şekil 15: İrtifayla akım çizgмененrinin düzeninin bozulduğunu жана соруу бети багытыnde yanal четтөөnın arttığını көрсөтөт.
• Şekil 16: Deniz seviyesinde bulunmayan belirgin yerel geri dolaşımın 25 km’de geliştiğini көрсөтөт.
• Şekil 17: Çark үчүнdeki үч өлчөмдүү ana агымın жогорку бийиктикda daha dторınık жана düzensiz hâle geldiğini көрсөтөт.
• Şekil 18: Düşük ылдам alanlarla Q-критерийи куюн çekirdeklerinin daha fazla örtüştüğünü жана куюнların geçit үчүнe yayıldığını көрсөтөт.
• Şekil 19: Normalize edilmiş куюн өзөгү alanının бийиктик менен 1,000’dan 1,206’ya жүкseldiğini көрсөтөт.
• Şekil 20: 25 km’de диффузор girişindeki терс агым açılı bölgelerin daha geniş жана daha şiddetli болгонуnu көрсөтөт.

Yöntemsel yorum

Изилдөөnın bulguları, төмөн Reynolds саны etkisinin basit bir маалыматm düzeltme katsayısı катары баалуулукlendirilmemesi gerektiğini көрсөтөт. Viskozite etkisi önce чек ара катмарыnı, ardından geçit үчүнdeki үч өлчөмдүү агым түзүмsını жана son катары bмененşen eşleşmesini değiştirmektedir.

Özellikle каптама tarafındaki соруу бети, импеллер çıkışı жана диффузор girişi kritik bölgeler катары belirlenmiştir. Gelecekteki tasarım изилдөөları yalnızca импеллерın tek başına маалыматmini artırmak yerine şu amaçları бирге баалооlidir:

• Muhafazaya yakın төмөн ылдам alanı sınırlandırmak,
• Emme бетi arka bölgesindeki өзүнчөlmayı geciktirmek,
• uç kaçторı куюнlarının geçit үчүнe yayılımını azaltmak,
• импеллер çıkış агым бурчуnı диффузор калактарıyla daha iyi eşleştirmek,
• импеллер жана диффузорü бардыкleşik biçimde optimize etmek.

Kaynak жана Yöntem Notu

Изилдөөnın tam özgün adı:Low-Reynolds-number effects on a transonic centrifugal compressor under near-space conditions: Performance degradation and coupled impeller–diffuser loss evolution

Yazarlar жана sıraları: Shaohua Lv; Yunxiao Wang; Shen Gao; Siwei Li; Yanxing Zhao; Maoqiong Gong.

Eş birinci автор же eş katkı bilgisi: Изилдөөda орун алган эмес.

Sorumlu автор: Yanxing Zhao.

Kurumsal байланышlar:

1. State Key Laboratory of Cryogenic Science and Technology, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Pekin, Çin.
2. School of Advanced Interdisciplinary Sciences, Uniжанаrsity of Chinese Academy of Sciences, Pekin, Çin.

DOI: 10.2139/ssrn.7201739.

Yayın platformu: SSRN.

Dergi: Изилдөөda kabul edilmiş же yayımlanmış bir hakemli dergi adı орун алган эмес.

Özgün yayınevi: Hakemli nihai yayın bulunmadığından doğrulanmış bir makale yayınevi yoktur. SSRN, Elsevier bünyesinde işletмененn bir preprint жана erken изилдөө paylaşım platformudur.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü: NASA CC3 эксперимент маалыматleriyle деңиз деңгээлиnde doğrulanan үч өлчөмдүү, sürekli RANS жана өтүү модельi tabanlı сандык изилдөө preprinti.

Hakemlik durumu: Изилдөө рецензиядан өткөн эмес. Bulgular erken изилдөө натыйжалары катары баалуулукlendirilmelidir.

Resmî булак байланышsı:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201739

Yazar katkıları: Shaohua Lv ilk taslak, валидация, yazılım жана маалымат düzenleme; Yunxiao Wang текшерүү-düzenleme, biçimsel талдоо жана kavramsallaştırma; Shen Gao текшерүү-düzenleme жана ыкма; Siwei Li текшерүү-düzenleme жана ыкма; Yanxing Zhao текшерүү-düzenleme, булакlar, biçimsel талдоо жана kavramsallaştırma; Maoqiong Gong danışmanlık жана булакlar görevlerini üstlenmiştir.

Fon desteği: Изилдөө Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfının 52322602 жана 52227811 numaralı destekleriyle finanse edilmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar, изилдөөyı etkмененyebмененcek bilinen bir mali çıkar же kişболсоl ilişki bulunmadığını bildirmiştir.

Bu түркчө ачыкlama жүкlenen изилдөөнүн 65 sayfası; başlık жана автор bilgмененri, denklemler, altı таблица, Şekil 1–20, eklenen жогорку чечилиштүү агым alanları, performans графleri, тор түзүмları, aralıklılık dторılımları, Mach саны alanları, akım çizgмененri, куюн çekirdekleri жана диффузор giriş açısı haritaları incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel içerik yalnızca изилдөөнүн ыкмаларi, сандык натыйжалары жана kendi баалооlerine dayandırılmıştır.

Dış булак kontrolü yalnızca özgün başlık, авторлор, SSRN kaydı, DOI жана preprint durumunun bibliyoграф doğrulanması amacıyla колдонулган. Изилдөөda bulunmayan dış аэродинамикалык натыйжалар ачыкlamaya eklenmemiştir.

Başlıca ыкмаsel чектөөlar; жогорку бийиктик koşullarında bторımsız экспериментsel валидация bulunmaması, sürekli RANS жана Frozen Rotor yaklaşımının zamana bторlı ротор–статор өз ара аракеттенүүini çözememesi, чыныгы stall жана сууrge sınırlarının belirleнымemesi, tek geçitli периоддук модель kullanılması, duvarların адиабаталык kabul edilmesi жана чыныгы учуу giriş bozulmalarının hesaba katılmamasıdır.

Изилдөөdaki “hesaplanabмененn en жогорку басым катышы” чыныгы сууrge sınırındaki басым катышы катары yorumlanmamalıdır. Benzer сүрөтde normalize edilmiş Q-критерийи alanı куюн çekirdeklerinin uzamsal kapsamını ifade etmekte, куюн şiddetini түздөн-түз ölçmemektedir.

Giriş bölümündeki bazı literatür байланышları “Error! Reference source not found.” biçiminde bozulmuştur. Bu булак biçimlendirme sorunu, nihai hakemli sürüm hazırlanırken düzeltilmelidir.