Ин таҳқиқот омӯхтааст, ки чӣ гуна коҳиши зичии ҳаво ва адади Reynolds дар шароити наздик ба кайҳон кори компрессори марказгурези трансоникии дорои таносуби баланди фишорро паст мекунад ва талафот байни чархи корӣ ва диффузори паррадор чӣ гуна аз нав тақсим мешавад. Муҳаққиқон модели ададии сеченака ва устуворро сохтанд, ки чархи корӣ ва диффузори паррадори компрессори марказгурези NASA CC3-ро якҷо дар бар мегирад; онҳо шароити вурудии мувофиқ ба баландии 0, 10, 20 ва 25 km-ро дар як суръати ислоҳшудаи гардиш муқоиса карданд.

Адади истинодии Reynolds аз 5,70 × 10⁵ дар сатҳи баҳр то 2,28 × 10⁴ дар 25 km коҳиш ёфт. Дар ҳамин фосила таносуби баландтарини умумии фишори қобили ҳисоб тақрибан аз 4,50 то 3,92, самаранокии баландтарини изоэнтропӣ аз 0,87 то 0,76 ва сарфи баландтарини ислоҳшудаи массавӣ тақрибан аз 4,90 kg·s⁻¹ то 4,45 kg·s⁻¹ паст шуд. Коҳиши нисбии самаранокии баландтарини изоэнтропӣ %12,9 буд.

Тақсимоти талафот бо баландӣ тағйир ёфт. Дар сатҳи баҳр %58-и афзоиши умумии беандозаи энтропия аз диффузор ва %42 аз чархи корӣ сарчашма мегирифт. Бо кам шудани адади Reynolds талафоти чархи корӣ тезтар афзуд; дар 20 km ду ҷузъ ба талафоти умумӣ саҳми баробар гузоштанд. Бо вуҷуди ин, дар фосилаи 10–25 km самаранокии диффузор %5,72 ва самаранокии чархи корӣ %4,05 коҳиш ёфт. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки диффузор ба шароити вайроншудаи ҷараён дар баромади чархи корӣ ҳассостар аст.

Арзёбӣ аз нигоҳи Туркия: Натиҷаҳо барои гурӯҳҳои таҳқиқотии Туркия, ки дар самти дастгоҳҳои парвозии баландпарвози дарозмуддат, платформаҳои наздик ба кайҳон, системаҳои ёрирасони муҳаррикҳои поршении баландпарвоз, турбокомпрессорҳо ва мошинҳои фишурдани ҳавои паймон кор мекунанд, чаҳорчӯбаи муфиди механизмеро пешниҳод мекунанд. Барои татбиқи хоси Туркия модел бояд бо геометрияи компрессорҳои маҳаллӣ аз нав сохта шавад, вайроншавиҳои воқеии вуруд ва шароити атмосфера илова карда шаванд, ҳисобҳои вобаста ба вақт барои ҳалқаи пурра анҷом дода шаванд ва санҷиши таҷрибавӣ дар дастгоҳи санҷиши баландӣ ё камераи фишори паст гузаронида шавад. Аз ин таҳқиқот таносуби фишор, ҳадди баландӣ, захираи устуворӣ, масрафи сӯзишворӣ ё иҷрои вазифаи ягон муҳаррики дар Туркия истифодашавандаро мустақиман баровардан мумкин нест.

Занҷири асосии талафоте, ки таҳқиқот нишон медиҳад, чунин аст: коҳиши адади Reynolds гузариши қабати сарҳадиро ба турбулентӣ ба таъхир меандозад, махсусан дар сатҳи ҷаббиши наздик ба корпус ҷамъшавии моеъи дорои импулси пастро осон мекунад, ҷудошавии маҳаллӣ ва паҳншавии ядрои гирдобро зиёд менамояд, кунҷи ҷараёнро дар баромади чархи корӣ вайрон мекунад ва ин ҷараёни вайроншуда талафоти вурудии диффузорро афзоиш медиҳад.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Дар шароити наздик ба кайҳон ва баландии баланд фишор ва зичии атмосфера хеле коҳиш меёбанд. Ҳатто агар геометрия ва суръати хоси компрессор тағйир наёбанд ҳам, паст шудани зичӣ адади Reynolds-ро, ки таносуби қувваҳои инерсионӣ ба қувваҳои часпакӣ дар ҷараёнро ифода мекунад, кам мекунад. Ин тағйирот метавонад ба қабати сарҳадӣ дар сатҳи парра, ҷараёни фосилаи нӯг, тақсимоти суръат дар баромади чархи корӣ ва барқароршавии фишор дар диффузор таъсир расонад.

Таҳқиқот танҳо саволи «самаранокии компрессор чӣ қадар коҳиш меёбад?» -ро намегузорад. Ҳадафи асосӣ муайян кардани он аст, ки талафоти кор байни чархи корӣ ва диффузор чӣ гуна тақсим мешавад ва вайроншавии ҷараёне, ки дар дохили чархи корӣ оғоз мегардад, бо кадом механизм ба вуруди диффузор интиқол меёбад.

Саволҳои асосии механизми таҳқиқот чунинанд:

• Адади пасти Reynolds гузариши ламинарӣ-турбулентиро дар сатҳи парра чӣ гуна тағйир медиҳад?
• Минтақаҳои дорои импулси паст дар кадом мавқеъҳои баландии парра ҷамъ мешаванд?
• Оё дар сатҳи ҷаббиши наздик ба корпус ҷудошавӣ ва гардиши бозгаштии маҳаллӣ инкишоф меёбад?
• Доманаи фазоии ихроҷи нӯг ва ядроҳои гирдоб чӣ гуна тағйир меёбад?
• Вайроншавии баромади чархи корӣ ба кунҷи вуруди диффузор ва талафоти диффузор чӣ гуна таъсир мерасонад?

Чаро компрессори NASA CC3 интихоб шудааст?

NASA CC3 як низоми истинодиест, ки барои омӯзиши ададии компрессорҳои марказгурези трансоникии дорои таносуби баланди фишор истифода мешавад ва геометрия ва маълумоти таҷрибавии кори он барои умум дастрасанд. Дар таҳқиқот профилҳои парраҳо, координатаҳои канали меридионалӣ ва хусусиятҳои асосии тарҳ аз гузоришҳои тарҳрезии NASA аз нав барқарор карда шудаанд.

Шакли 1 намуди болоӣ, пешӣ ва моили компрессорро нишон медиҳад. Геометрия парраҳои асосӣ, парраҳои миёна, баромади чархи корӣ ва диффузори паррадори дар атроф ҷойгиршударо дар бар мегирад. Соҳаи ҳисобии Шакли 2 бошад, як гузаргоҳи даврии чархи корӣ ва гузаргоҳи мувофиқи диффузори паррадорро нишон медиҳад.

Адади Reynolds чӣ гуна муайян шудааст?

Барои муқоисаи таъсирҳои часпакӣ дар баландҳои гуногун адади истинодии Reynolds бо робитаи зерин ҳисоб шудааст:

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

Дар ин ҷо \(\rho\) зичии ҳавои вурудӣ, \(u_2\) суръати даврӣ дар баромади чархи корӣ, \(b_2\) баландии парра дар баромади чархи корӣ ва \(\mu\) часпакии динамикии ҳаворо нишон медиҳад. Дар таҳқиқот \(b_2=17\) mm гирифта шудааст.

Зичӣ бо робитаи гази идеалӣ ҳисоб шудааст:

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

Азбаски фишор ва ҳарорат бо баландӣ тағйир меёбанд, зичӣ босуръат кам шудааст. Дар 25 km зичӣ тақрибан ба %3,2-и сатҳи баҳр ва адади Reynolds тақрибан ба %4-и он поён рафтааст.

Чаро як суръати воқеии гардиш истифода нашудааст?

Азбаски ҳарорати вуруд дар баландҳои гуногун тағйир меёбад, агар компрессорҳо мустақиман дар як суръати механикии гардиш муқоиса мешуданд, ададҳои даврии Mach яксон намебуданд. Аз ин рӯ муҳаққиқон як суръати ислоҳшудаи гардишро нигоҳ дошта, суръати воқеии механикиро мувофиқи ҳарорати вуруд дар ҳар баландӣ тағйир доданд.

Суръати ислоҳшудаи гардиш:

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

Сарфи ислоҳшудаи массавӣ бошад:

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

ба ин шакл ифода шудааст. Дар ин ҷо \(T_0=288{,}15\) K ва \(P_0=101.325\) Pa шароити истинодӣ мебошанд.

Ин ислоҳ маънои онро дорад, ки таҳқиқот на «як суръати воқеии муҳаррик», балки шароити якхелаи суръати аэродинамикии ислоҳшударо муқоиса кардааст.

Модели ададӣ чӣ гуна сохта шудааст?

Муодилаҳои сеченака, устувор ва фишурдашавандаи Navier–Stokes-и миёнакардашуда аз рӯи Reynolds бо ANSYS CFX ҳал карда шудаанд. Барои турбулентӣ модели SST \(k-\omega\) истифода шудааст. Ин модел барои ҳалли ҷараёнҳои наздик ба девор ва ҷудошавӣ дар зери градиенти баръакси фишор сохтор дорад.

Барои ба ҳисоб гирифтани тағйироти гузариши ламинарӣ-турбулентӣ дар адади пасти Reynolds, модели SST бо модели гузариши \(\gamma-Re_\theta\) якҷо карда шудааст. Модел ду бузургии иловагиро пайгирӣ мекунад:

• Коэффисиенти фосилавият \(\gamma\): Ҳангоми ба сифр наздик шудан ҷараёни ламинарӣ ё дар ҳолати гузариш ва ҳангоми ба як наздик шудан ҷараёни асосан турбулентиро ифода мекунад.
• Адади Reynolds-и ғафсии импулс \(Re_\theta\): Бо оғоз ва рушди гузариши қабати сарҳадӣ алоқаманд аст.

Дар вуруд фишори умумӣ, ҳарорати умумӣ ва самти меҳварии ҷараён; дар баромади диффузор фишори статикӣ муайян шудааст. Барои сохтани каҷҳои характеристикӣ фишори муқобили баромад тадриҷан баланд карда шуд. Ҳамаи сатҳҳои сахт бе лағжиш ва адиабатӣ қабул шудаанд.

Маълумот байни чархи корӣ ва диффузор чӣ гуна интиқол дода шудааст?

Байни соҳаи чархи кории даврзананда ва соҳаи диффузори собит интерфейси Frozen Rotor истифода шудааст. Ин равиш мавқеи нисбии даврии чархи корӣ ва диффузорро собит нигоҳ дошта, номураттабиҳои суръат, фишор ва ҳароратро аз интерфейс мегузаронад. Бо ин роҳ қисми номураттабии даврӣ дар баромади чархи корӣ метавонад ба вуруди диффузор интиқол ёбад.

Бо вуҷуди ин, равиши Frozen Rotor ва RANS-и устувор равандҳои зеринро дар вақти физикӣ ҳал намекунад:

• таъсири мутақобилаи rotor–stator вобаста ба басомади гузариши парра,
• ҳаракат ва парокандашавии вобаста ба вақти гирдоби ихроҷи нӯг,
• ҳуҷайраҳои гардишкунандаи stall,
• ларзишҳои surge,
• сохторҳои гузарои ҷараён дар наздикии ҳадди устуворӣ.

Аз ин сабаб нуқтаҳои охирини ҳамгарошуда бо сарфи паст дар таҳқиқот ҳадди воқеии surge-ро ифода намекунанд. «Таносуби баландтарини фишори қобили ҳисоб», ки муҳаққиқон истифода кардаанд, танҳо баландтарин қимат дар фосилаест, ки ҳалли устувор ҳамгаро шудааст.

Истиқлолияти шабака чӣ гуна арзёбӣ шудааст?

Шабакаҳои сохторӣ барои чархи корӣ ва диффузор бо ANSYS TurboGrid сохта шудаанд. Минтақаҳое, ки градиенти баланд интизор мерафт, аз ҷумла канори пеш, канори қафо, фосилаи нӯг, сатҳи ҷаббиш, вуруди диффузор ва канори пеши парраи диффузор, ба таври маҳаллӣ зичтар карда шуданд.

Дар Шакли 3 дида мешавад, ки қиматҳои \(y^+\) дар сатҳҳои чархи корӣ асосан аз як пасттар мондаанд. Ин талаботи ҳалли наздик ба девори моделҳои гузариш ва SST-ро дастгирӣ мекунад.

Мувофиқи Шакли 4 ва Ҷадвали 2, пас аз он ки шумораи умумии ҳуҷайраҳо ба 494.000 расид, таъсири шабакаҳои зичтар ба таносуби фишор маҳдуд монд. Аз ин рӯ дар ҳисобҳои дигар шабакае истифода шуд, ки аз 233.000 ҳуҷайраи чархи корӣ ва 261.000 ҳуҷайраи диффузор иборат буд.

Модел то чӣ андоза бо таҷрибаҳои NASA мувофиқ аст?

Модел аз рӯи характеристикаҳои таносуби фишор ва самаранокии изоэнтропӣ дар сатҳи баҳр бо маълумоти таҷрибавии NASA муқоиса шудааст. Дар Шаклҳои 5 ва 6 каҷҳои ададӣ умуман тамоюлҳои таҷрибавиро пайгирӣ мекунанд.

• Хатои миёнаи нисбӣ дар таносуби умумии фишор: %8,00
• Хатои миёнаи нисбӣ дар самаранокии изоэнтропӣ: %5,56
• Каҷравии миёнаи сарфи массавӣ дар каҷи таносуби фишор: %2,58
• Баландтарин каҷравии сарфи массавӣ дар каҷи таносуби фишор: %4,87
• Каҷравии миёнаи сарфи массавӣ дар каҷи самаранокӣ: %2,06
• Баландтарин каҷравии сарфи массавӣ дар каҷи самаранокӣ: %5,17

Фарқҳои калонтарини нуқтавӣ дар шохаи нишеби каҷ, ки ба choking наздик аст, дида шуданд. Ҷойивазкунии хурди ҳадди choking метавонад дар як сарф фарқҳои калони таносуби фишор ва самаранокӣ ба вуҷуд орад. Аз ин рӯ модел барои омӯзиши тағйироти нисбӣ дар минтақаи асосии кор истифода шудааст; он барои пешгӯии дақиқи ҳадди воқеии choking ё устуворӣ кофӣ ҳисоб нашудааст.

Бо зиёд шудани баландӣ кори компрессор чӣ гуна тағйир ёфт?

Шаклҳои 7 ва 8 нишон медиҳанд, ки бо зиёд шудани баландӣ характеристикаҳои таносуби фишор ва самаранокӣ ба сарфҳои ислоҳшудаи камтар ва сатҳҳои пасттари кор мегузаранд.

Ҳангоми аз сатҳи баҳр ба 25 km баромадан самаранокии баландтарини изоэнтропӣ 0,112 кам шуд, яъне тақрибан %12,9 паст гашт. Диапазони кори дорои самаранокии баланд низ танг шуд. Ин ҳолат нишон медиҳад, ки адади пасти Reynolds на танҳо қобилияти тавлиди фишор, балки диапазони кореро низ маҳдуд мекунад, ки дар он талафотро метавон паст нигоҳ дошт.

Тавлиди энтропия чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Тағйироти энтропияи хос барои гази идеалӣ:

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

бо ин робита ифода шудааст. Муҳаққиқон барои муқоисаи талафот параметри экспоненсиалии беандозаи энтропияро муайян карданд:

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

Дар раванди идеалии изоэнтропӣ \(s^*=1\) аст. Бо зиёд шудани диссипатсияи часпакӣ, зарбаҳо, ҷудошавӣ ва омехташавӣ қимат аз як зиёд мешавад.

Азбаски параметри экспоненсиалӣ ба таври хаттӣ ҷамъ намешавад, талафоти диффузор аз рӯи афзоиши логарифмии энтропия ҷудо карда шудааст:

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

Параметри беандозаи энтропияи марҳила аз 1,246 то 1,412 баланд шуда, %13,3 афзуд. Параметри чархи корӣ %7,9 зиёд шуд. Параметри диффузор аввал дар 10 km андаке кам шуда, сипас дар 20 ва 25 km ба таври назаррас афзуд.

Талафот байни чархи корӣ ва диффузор чӣ гуна тақсим шуд?

Саҳми ҷузъҳо дар афзоиши умумии энтропия:

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

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

бо ин робитаҳо ҳисоб шудааст.

Сутунҳои ҷамъшудаи Шакли 9 нишон медиҳанд, ки дар сатҳи баҳр талафоти диффузор бартарӣ дошт; бо кам шудани адади Reynolds талафоти чархи корӣ босуръат афзуд. Дар 20–25 km саҳми ду ҷузъ ба ҳам наздик шуд.

Саҳми энтропия ва дараҷаи пастшавии самаранокии ҷузъ як мафҳум нестанд. Дар фосилаи 10–25 km:

• Самаранокии марҳила %9,55,
• Самаранокии чархи корӣ %4,05,
• Самаранокии диффузор %5,72

коҳиш ёфт. Натиҷаи Шакли 10 нишон медиҳад, ки кори диффузор нисбат ба чархи корӣ ба ҷараёни вайроншудаи вуруд ҳассостар аст.

Гузариши қабати сарҳадӣ чӣ гуна тағйир ёфт?

Шакли 11 фосилавияти турбулентиро дар мавқеъҳои %10, %50 ва %90-и баландии гузаргоҳи чархи корӣ нишон медиҳад. Дар сатҳи баҳр қисми зиёди гузаргоҳ қиматҳои баланди \(\gamma\) дорад ва қабати сарҳадӣ барвақт ба ҳолати турбулентӣ мегузарад.

Бо баланд шудани баландӣ минтақаҳои фосилавияти паст дар тӯли сатҳҳои парра ва самти ҷараён васеъ мешаванд. Васеъшавии намоёнтарин дар наздикии корпус, дар мавқеи %90-и баландии парра дида шудааст. Ин нишон медиҳад, ки адади пасти Reynolds гузаришро ба таъхир меандозад ва масоҳати минтақаҳои ламинарӣ ё гузариширо зиёд мекунад.

Таносуби масоҳати фосилавияти паст чунин муайян шудааст:

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

Мувофиқи Шакли 12, фурӯнишонии гузариш танҳо дар нӯги парра ба вуҷуд наомада, дар 25 km ба тамоми баландии парра паҳн шудааст. Бо вуҷуди ин, афзоиши босуръаттарин байни 20–25 km дар буриши наздик ба корпус рух додааст.

Минтақаҳои ҷараёни суръати паст чӣ гуна васеъ шуданд?

Шакли 13 тақсимоти адади Mach-ро дар буриши span = 0,9, ки ба корпус наздик аст, нишон медиҳад. Дар сатҳи баҳр ҷараёни суръати паст асосан дар атрофи девор ва баромади гузаргоҳ маҳдуд буд. Дар 20 km дар қисмҳои миёна ва қафои сатҳи ҷаббиш рахи пайвастатари суръати паст инкишоф ёфт; дар 25 km ин рах бо минтақаи суръати паст дар канори қафо пайваст шуд.

Таносуби масоҳати дорои адади пасти Mach:

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

муайян шудааст.

Дар Шакли 14 дида мешавад, ки буриши наздик ба корпус дар ҳамаи баландҳо баландтарин таносуби масоҳати суръати пастро дорад. Пас аз 20 km таносуби масоҳат дар ин буриш тақрибан собит монд, аммо шакли ҷараён ва сохтори ҷудошавӣ бад шуданро идома доданд. Аз ин рӯ танҳо фоизи масоҳат шиддати ҷараёнро пурра шарҳ намедиҳад.

Ҷудошавии маҳаллӣ дар куҷо инкишоф ёфт?

Дар Шакли 15 хатҳои ҷараёни буриши span = 0,9 муқоиса шудаанд. Дар сатҳи баҳр хатҳо асосан муназзам ва пайвастаанд. Бо баланд шудани баландӣ хатҳои ҷараён дар қисми миёна ва қафои гузаргоҳ ба сӯи сатҳи ҷаббиш ҷамъ шуда, каҷравии паҳлӯӣ зиёд шудааст.

Дар муқоисаи калонкардашудаи Шакли 16, дар 0 km хатҳо каҷ ҳастанд, аммо сохтори пӯшидаи гардиши бозгаштро ба вуҷуд намеоранд. Дар 25 km бошад, хатҳои ҷараён дар наздикии сатҳи ҷаббиши тарафи корпус каҷ шуда, минтақаи ҷудошавӣ ва гардиши бозгашти маҳаллии шабеҳи гирдобро ба вуҷуд овардаанд.

Ин натиҷа се марҳилаи аввали занҷири механизмро дастгирӣ мекунад:

1. Ба таъхир афтодани гузариши турбулентӣ,
2. Суст шудани интиқоли импулс дар наздикии девор,
3. Ҷамъшавӣ ва ҷудошавии моеъи дорои импулси паст дар зери градиенти баръакси фишор.

Ҷараёни асосии сеченака ва низоми гирдоб чӣ гуна тағйир ёфт?

Хатҳои ҷараёни сеченакаи Шакли 17 нишон медиҳанд, ки дар сатҳи баҳр ҷараёни асосӣ дар тӯли гузаргоҳ муназзамтар аст. Дар 20 ва 25 km минтақаи суръати паст васеъ шуда, хатҳои ҷараён ба сӯи сатҳи ҷаббиш ва корпус бештар каҷ шудаанд ва гардишҳои маҳаллӣ зиёд гаштаанд.

Дар Шакли 18 майдони адади Mach ва ядроҳои гирдоби Q-критерий якҷо нишон дода шудаанд. Дар сатҳи баҳр сохторҳои гирдоб бештар дар нӯги парра ва наздикии корпус, ба шакли рахҳои нисбатан пайваста ҷойгиранд. Дар баландии баланд ядроҳои гирдоб ба дохили гузаргоҳ паҳн шуда, геометрияи парокандатарро ташкил додаанд.

Масоҳати нормализатсияшудаи ядрои гирдоб:

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

бо ин робита ҳисоб шудааст.

Шакли 19 нишон медиҳад, ки бо кам шудани адади Reynolds доманаи фазоии сатҳҳои изоии ядрои гирдоб калон мешавад. Ин меъёр на шиддати гардиш ё бузургии vorticity-и гирдоб, балки масоҳати сатҳи изоиро, ки дар як ҳадди Q муайян шудааст, муқоиса мекунад. Илова бар ин, натиҷаҳо топологияи гирдоби ба ҳисоби вақт миёнакардашударо дар ҳалли устувори RANS ифода мекунанд.

Вайроншавии дохили чархи корӣ ба диффузор чӣ гуна интиқол ёфт?

Кунҷи ҷараён байни баромади чархи корӣ ва вуруди диффузор аз ҷузъҳои радиалӣ ва даврии суръат ҳисоб шудааст. Кунҷи мусбат интиқоли оддии радиалиро ба берун, кунҷи манфӣ бошад каҷравии ғайримуқаррарӣ ё ҷараёни бозгашти маҳаллиро нишон медиҳад, ки дар он ҷузъи радиалии суръат баръакс мешавад.

Дар Шакли 20 дида мешавад, ки дар шароити 25 km минтақаи дорои кунҷи манфӣ дар тӯли корпус ба таври назаррас васеъ шудааст. Таносуби масоҳат 6,60 банди фоизӣ афзуда, пасттарин кунҷ ба каҷравии баръакси хеле қавитар расидааст.

Дар диффузори паррадор кунҷи ҷараёни вуруд мувофиқати ҷараёни воридшавандаро бо канори пеши парраи диффузор муайян мекунад. Кунҷҳои вуруд, ки дар самти даврӣ ва баландии парра фарқ мекунанд, метавонанд кунҷи маҳаллии ҳамла, басташавӣ, ҷудошавӣ ва талафоти омехташавиро зиёд кунанд. Аз ин рӯ таъсири ҷудошавии суръати паст дар дохили чархи корӣ дар баромади чархи корӣ ба охир намерасад, балки ба талафоти диффузор интиқол меёбад.

Механизми муттаҳидаи талафоте, ки таҳқиқот нишон медиҳад

1. Бо зиёд шудани баландӣ зичӣ ва адади Reynolds кам мешаванд.
2. Гузариши ламинарӣ-турбулентӣ дар сатҳи парра ба таъхир меафтад.
3. Мубодилаи импулс дар наздикии девор суст мешавад.
4. Махсусан дар сатҳи ҷаббиши тарафи корпус моеъи суръати паст ҷамъ мешавад.
5. Дар зери градиенти баръакси фишор ҷудошавӣ ва гардиши бозгашти маҳаллӣ инкишоф меёбад.
6. Таъсири мутақобили ихроҷи нӯг, ҷараёни дуюмдараҷа ва минтақаҳои ҷудошавӣ қавитар мешавад.
7. Ядроҳои гирдоб ба дохили гузаргоҳ паҳн шуда, тартиби ҷараёни асосӣ вайрон мешавад.
8. Дар баромади чархи корӣ суръати радиалии манфӣ ва номураттабии кунҷи ҷараён зиёд мешаванд.
9. Мувофиқати вуруди диффузор бад мешавад; ҷудошавӣ, омехташавӣ ва талафоти барқароршавии фишор зиёд мешаванд.
10. Талафоти чархи корӣ ва диффузор якҷо афзуда, самаранокии марҳила ва диапазони корро паст мекунанд.

Хулосаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Коҳиши адади Reynolds аз 5,70 × 10⁵ то 2,28 × 10⁴ дар модели ададӣ таносуби фишор, самаранокӣ ва иқтидори сарфро коҳиш дод.
• Самаранокии баландтарини изоэнтропӣ аз 0,87 то 0,76 паст шуд.
• Параметри беандозаи энтропияи марҳила %13,3 афзуд.
• Дар сатҳи баҳр талафоти диффузор бартарӣ дошт, дар баландии баланд саҳми талафоти чархи корӣ зиёд шуд.
• Дар 25 km фурӯнишонии гузариш дар тамоми баландии чархи корӣ равшан гардид.
• Таносуби масоҳати дорои адади пасти Mach дар наздикии корпус тақрибан аз %30 то %42 зиёд шуд.
• Дар сатҳи ҷаббиши тарафи корпус ҷудошавӣ ва гардиши бозгашти маҳаллӣ инкишоф ёфт.
• Масоҳати нормализатсияшудаи ядрои гирдоб аз 1,000 то 1,206 зиёд шуд.
• Масоҳати дорои кунҷи манфии ҷараён дар вуруди диффузор аз %9,32 то %15,92 зиёд шуд.
• Пасттарин кунҷи вуруд аз −20,3° то −64,5° поён рафт.
• Байни вайроншавии ҷараёни баромади чархи корӣ ва афзоиши талафоти диффузор робитаи механизми мувофиқ муайян шуд.

Хулосаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Ба таври таҷрибавӣ нишон дода нашудааст, ки модел кори мутлақи компрессори воқеиро дар 20 ё 25 km бо ҳамин дақиқӣ пешгӯӣ мекунад.
• Нуқтаҳои охирини сарфи паст дар каҷҳои характеристикӣ ҳадди воқеии surge нестанд.
• Ҳал нашудааст, ки адади пасти Reynolds ҳуҷайраҳои вобаста ба вақти stall ва таъсири мутақобилаи rotor–stator-ро чӣ гуна тағйир медиҳад.
• Афзоиши масоҳати ядрои гирдоб маънои онро надорад, ки шиддати гирдоб бо ҳамон таносуб афзудааст.
• Ба таври мустақим исбот нашудааст, ки тамоми афзоиши талафоти диффузор танҳо аз кунҷҳои манфии вуруд сарчашма мегирад.
• Муайян нашудааст, ки геометрияҳои гуногуни компрессор ҳамон саҳмҳои талафот ё баландии ҳаддиро нишон медиҳанд.
• Вайроншавии воқеии вуруди парвоз, намӣ, зарраҳо, яхбандӣ ва номураттабии ҳарорат омӯхта нашудаанд.
• Интиқоли гармӣ дар парра ё корпус моделсозӣ нашудааст.
• Таниши сохторӣ, хастагӣ, динамикаи ротор ва бехатарии механикӣ арзёбӣ нашудаанд.
• Барои минтақаҳои ҳассоси пешниҳодшуда геометрияи нави оптимизатсияшуда ё идоракунии таҷрибавии ҷараён таҳия нашудааст.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

Ҷиҳати қавии таҳқиқот дар он аст, ки ба ҷойи шарҳи танҳо каҷҳои умумии кор, талафоти марҳила, чархи корӣ ва диффузор дар як модел якҷо омӯхта шудаанд. Ҷудокунии афзоиши энтропия ба ҷузъҳо шарҳҳои якҷузъиро, ки адади пасти Reynolds танҳо ба диффузор ё танҳо ба чархи корӣ таъсир мекунад, маҳдуд месозад.

Ҷиҳати қавии дуюм он аст, ки афзоиши талафот бо нишондиҳандаҳои сершумори ҷараён, ки якдигарро пурра мекунанд, пайгирӣ шудааст. Фосилавияти гузариш, майдони адади пасти Mach, хатҳои ҷараён, ядроҳои гирдоби Q-критерий ва кунҷи вуруди диффузор дар як занҷири механизм арзёбӣ шудаанд.

Ҷиҳати қавии сеюм он аст, ки санҷиши асосӣ бо таҷрибаҳои NASA танҳо ба монандии визуалии каҷҳо вогузор нашуда; каҷравиҳои таносуби фишор, самаранокӣ ва сарфи массавӣ ба таври ададӣ гузориш шудаанд.

Маҳдудиятҳои асосӣ

Модел дар баландии баланд ба таври таҷрибавӣ тасдиқ нашудааст. Дар санҷиши 0 km хатои миёнаи таносуби фишор %8,00 ва хатои самаранокӣ %5,56 аст. Ин сатҳи хато шарҳи фарқҳои хурди кор дар баландии баландро бо дақиқии мутлақ маҳдуд мекунад.

Таҳқиқот ба RANS-и устувор ва модели якгузаргоҳи Frozen Rotor асос ёфтааст. Таъсири вобаста ба вақти гузариши парра, номураттабиҳои ҳалқаи пурра, оғози stall ва динамикаи surge мустақиман ҳал карда намешаванд.

Геометрияи NASA CC3 аз координатаҳои нашршуда аз нав сохта шудааст. Фарқҳои хурди геометрӣ нисбат ба таҷҳизоти воқеии таҷрибавӣ, номуайянии фосилаи нӯг ва шароити сарҳадӣ метавонанд ба фарқҳои санҷиш саҳм гузоранд.

Ҳамаи деворҳо адиабатӣ қабул шудаанд. Таъсири ҳарорати девор ва интиқоли гармӣ ба рафтори гузариш дар парвози баланд дар доираи ин таҳқиқот арзёбӣ нашудааст.

Шароити вуруд ба қиматҳои атмосфераи стандартӣ асос ёфтааст. Ҳавогири дастгоҳи воқеии парвозӣ, манёвр, фурӯбарии қабати сарҳадӣ ё вайроншавии муҳитии вуруд ба модел илова нашудаанд.

Баъзе истинодҳои адабиёт дар қисми муқаддимавии матн ба шакли “Error! Reference source not found.” вайрон шудаанд. Гарчанде ин ҳолат натиҷаҳои таҳқиқотро мустақиман тағйир намедиҳад, аз нигоҳи пайгирии манбаъ ва омодасозии нашр мушкили форматбандиест, ки бояд ислоҳ шавад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи усули ададӣ

Тағйироти асосии кор

Паёмҳои илмии шаклҳо

• Шакли 1: Намудҳои геометрии болоӣ, пешӣ ва моили компрессори NASA CC3-ро нишон медиҳад.
• Шакли 2: Соҳаи ҳисобиро нишон медиҳад, ки парраи асосӣ, парраи миёна, фосилаи нӯг, сатҳҳои даврӣ ва диффузори паррадорро дар бар мегирад.
• Шакли 3: Нишон медиҳад, ки қиматҳои \(y^+\) дар деворҳои чархи корӣ барои ҳалли наздик ба девор паст нигоҳ дошта шудаанд.
• Шакли 4: Нишон медиҳад, ки пас аз расидани шумораи умумии ҳуҷайраҳо ба тақрибан 494.000 таносуби фишор ба зичтар кардани шабака ҳассосияти маҳдуд дорад.
• Шакли 5: Характеристикаҳои ададӣ ва таҷрибавии таносуби фишор, минтақаҳои асосии кор ва минтақаҳои наздик ба choking-ро муқоиса мекунад.
• Шакли 6: Мувофиқати каҷҳои ададӣ ва таҷрибавии самаранокии изоэнтропиро дар минтақаи асосии кор нишон медиҳад.
• Шакли 7: Нишон медиҳад, ки бо баландӣ каҷҳои таносуби фишор ба поён ва ба сарфҳои камтар мегузаранд.
• Шакли 8: Нишон медиҳад, ки самаранокии баландтарин ва диапазони кори самаранок бо баландӣ кам мешаванд.
• Шакли 9: Тақсимоти афзоиши энтропия байни чархи корӣ ва диффузор ва таносуби саҳмҳои бо баландӣ тағйирёбандаро нишон медиҳад.
• Шакли 10: Нишон медиҳад, ки самаранокии марҳила, чархи корӣ ва диффузор дар 10–25 km коҳиш ёфта, бузургтарин талафоти самаранокии ҷузъ дар диффузор ба вуҷуд меояд.
• Шакли 11: Нишон медиҳад, ки минтақаҳои фосилавияти паст дар се мавқеи баландии парра бо баландӣ дар тӯли сатҳи парра васеъ мешаванд.
• Шакли 12: Нишон медиҳад, ки таносуби масоҳати фосилавияти паст махсусан пас аз 20 km босуръат меафзояд.
• Шакли 13: Нишон медиҳад, ки майдони дорои адади пасти Mach дар буриши наздик ба корпус дар тӯли сатҳи ҷаббиш ва баромади гузаргоҳ калон мешавад.
• Шакли 14: Нишон медиҳад, ки таносуби минтақаи суръати паст дар ҳамаи мавқеъҳои баландии парра зиёд мешавад ва баландтарин қимат дар наздикии корпус мемонад.
• Шакли 15: Нишон медиҳад, ки бо баландӣ тартиби хатҳои ҷараён вайрон ва каҷравии паҳлӯӣ ба самти сатҳи ҷаббиш зиёд мешавад.
• Шакли 16: Нишон медиҳад, ки гардиши бозгашти маҳаллии равшан, ки дар сатҳи баҳр вуҷуд надошт, дар 25 km инкишоф меёбад.
• Шакли 17: Нишон медиҳад, ки ҷараёни асосии сеченака дар дохили чархи корӣ дар баландии баланд парокандатар ва номураттабтар мешавад.
• Шакли 18: Нишон медиҳад, ки минтақаҳои суръати паст бо ядроҳои гирдоби Q-критерий бештар мувофиқ мешаванд ва гирдобҳо ба дохили гузаргоҳ паҳн мегарданд.
• Шакли 19: Нишон медиҳад, ки масоҳати нормализатсияшудаи ядрои гирдоб бо баландӣ аз 1,000 то 1,206 зиёд мешавад.
• Шакли 20: Нишон медиҳад, ки дар 25 km минтақаҳои дорои кунҷи манфии ҷараён дар вуруди диффузор васеътар ва шадидтаранд.

Шарҳи усулӣ

Натиҷаҳои таҳқиқот нишон медиҳанд, ки таъсири адади пасти Reynolds набояд ҳамчун коэффисиенти оддии ислоҳи самаранокӣ арзёбӣ шавад. Таъсири часпакӣ аввал қабати сарҳадӣ, баъд сохтори сеченакаи ҷараён дар дохили гузаргоҳ ва дар ниҳоят мувофиқати ҷузъҳоро тағйир медиҳад.

Махсусан сатҳи ҷаббиши тарафи корпус, баромади чархи корӣ ва вуруди диффузор ҳамчун минтақаҳои муҳим муайян шудаанд. Таҳқиқоти ояндаи тарҳрезӣ ба ҷойи танҳо баланд бардоштани самаранокии чархи корӣ бояд ҳадафҳои зеринро якҷо арзёбӣ кунанд:

• Маҳдуд кардани минтақаи суръати паст дар наздикии корпус,
• Ба таъхир андохтани ҷудошавӣ дар қисми қафои сатҳи ҷаббиш,
• Кам кардани паҳншавии гирдобҳои ихроҷи нӯг ба дохили гузаргоҳ,
• Беҳтар мувофиқ кардани кунҷи ҷараёни баромади чархи корӣ бо парраҳои диффузор,
• Оптимизатсияи ҳамгирои чархи корӣ ва диффузор.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот:Low-Reynolds-number effects on a transonic centrifugal compressor under near-space conditions: Performance degradation and coupled impeller–diffuser loss evolution

Муаллифон ва тартиби онҳо: Shaohua Lv; Yunxiao Wang; Shen Gao; Siwei Li; Yanxing Zhao; Maoqiong Gong.

Маълумот дар бораи ҳаммуаллифи аввал ё саҳми баробар: Дар таҳқиқот оварда нашудааст.

Муаллифи масъул: Yanxing Zhao.

Пайвандҳои муассисавӣ:

1. State Key Laboratory of Cryogenic Science and Technology, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Пекин, Чин.
2. School of Advanced Interdisciplinary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Пекин, Чин.

DOI: 10.2139/ssrn.7201739.

Платформаи нашр: SSRN.

Маҷалла: Дар таҳқиқот номи маҷаллаи тақризшудаи қабулшуда ё нашршуда оварда нашудааст.

Ношири аслӣ: Азбаски нашри ниҳоии тақризшуда вуҷуд надорад, ношири тасдиқшудаи мақола низ нест. SSRN платформаи preprint ва мубодилаи таҳқиқоти ибтидоӣ мебошад, ки дар доираи Elsevier фаъолият мекунад.

Соли нашр: 2026.

Навъи манбаъ: Preprint-и таҳқиқоти ададии сеченака, устувори RANS ва модели гузариш, ки дар сатҳи баҳр бо маълумоти таҷрибавии NASA CC3 санҷида шудааст.

Ҳолати тақриз: Таҳқиқот аз тақриз нагузаштааст. Натиҷаҳо бояд ҳамчун натиҷаҳои ибтидоии таҳқиқот арзёбӣ шаванд.

Пайванди расмии манбаъ:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201739

Саҳми муаллифон: Shaohua Lv — навиштани лоиҳаи аввал, санҷиш, нармафзор ва тартибдиҳии маълумот; Yunxiao Wang — бозбинӣ-таҳрир, таҳлили формалӣ ва консептуализатсия; Shen Gao — бозбинӣ-таҳрир ва усул; Siwei Li — бозбинӣ-таҳрир ва усул; Yanxing Zhao — бозбинӣ-таҳрир, захираҳо, таҳлили формалӣ ва консептуализатсия; Maoqiong Gong — роҳбарӣ ва захираҳо.

Дастгирии молиявӣ: Таҳқиқот бо грантҳои рақами 52322602 ва 52227811-и Бунёди миллии илмҳои табиии Чин маблағгузорӣ шудааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор доштаанд, ки манфиати молиявии маълум ё муносибати шахсие, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Ин шарҳи тоҷикӣ дар асоси омӯзиши 65 саҳифаи таҳқиқоти боршуда; маълумоти унвон ва муаллифон, муодилаҳо, шаш ҷадвал, Шаклҳои 1–20, майдонҳои ҷараёни дорои ҳалли баланд, графикҳои кор, сохторҳои шабака, тақсимоти фосилавият, майдонҳои адади Mach, хатҳои ҷараён, ядроҳои гирдоб ва харитаҳои кунҷи вуруди диффузор омода шудааст. Мазмуни илмӣ танҳо ба усулҳо, натиҷаҳои ададӣ ва арзёбиҳои худи таҳқиқот асос ёфтааст.

Санҷиши манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии унвони аслӣ, муаллифон, сабти SSRN, DOI ва ҳолати preprint истифода шудааст. Натиҷаҳои аэродинамикии беруна, ки дар таҳқиқот вуҷуд надоранд, ба шарҳ илова нашудаанд.

Маҳдудиятҳои асосии усулӣ иборатанд аз набудани тасдиқи мустақили таҷрибавӣ дар шароити баландӣ, нотавонии равиши устувори RANS ва Frozen Rotor барои ҳалли таъсири мутақобилаи вобаста ба вақти rotor–stator, номумкин будани муайян кардани ҳаддҳои воқеии stall ва surge, истифодаи модели даврии якгузаргоҳӣ, адиабатӣ қабул шудани деворҳо ва ба ҳисоб гирифта нашудани вайроншавии воқеии вуруди парвоз.

«Таносуби баландтарини фишори қобили ҳисоб» дар таҳқиқот набояд ҳамчун таносуби фишор дар ҳадди воқеии surge шарҳ дода шавад. Ба ҳамин монанд, масоҳати нормализатсияшудаи Q-критерий доманаи фазоии ядроҳои гирдобро ифода мекунад ва шиддати гирдобро мустақиман чен намекунад.

Баъзе пайвандҳои адабиёт дар қисми муқаддимавӣ ба шакли “Error! Reference source not found.” вайрон шудаанд. Ин мушкили форматбандии манбаъ бояд ҳангоми омодасозии версияи ниҳоии тақризшуда ислоҳ шавад.