Ushbu tadqiqot yaqin kosmos sharoitlarida havo zichligi va Reynolds sonining kamayishi yuqori bosim nisbatiga ega transonik markazdan qochma kompressor samaradorligini qanday pasaytirishini hamda yoʻqotishlar impeller bilan qanotli diffuzor oʻrtasida qanday qayta taqsimlanishini oʻrgangan. Tadqiqotchilar NASA CC3 markazdan qochma kompressorining impelleri va qanotli diffuzorini birgalikda oʻz ichiga olgan uch oʻlchamli, statsionar rejimdagi sonli modelni yaratib, 0, 10, 20 va 25 km balandliklarga mos kirish sharoitlarini bir xil tuzatilgan aylanish tezligida taqqoslagan.

Etalon Reynolds soni dengiz sathidagi 5,70 × 10⁵ qiymatdan 25 km da 2,28 × 10⁴ qiymatgacha kamaygan. Shu oraliqda hisoblash mumkin boʻlgan eng yuqori umumiy bosim nisbati taxminan 4,50 dan 3,92 gacha, eng yuqori izentropik samaradorlik 0,87 dan 0,76 gacha va eng yuqori tuzatilgan massa sarfi taxminan 4,90 kg·s⁻¹ dan 4,45 kg·s⁻¹ gacha pasaygan. Eng yuqori izentropik samaradorlikdagi nisbiy kamayish %12,9 ni tashkil etgan.

Yoʻqotishlarning taqsimlanishi balandlik bilan birga oʻzgargan. Dengiz sathida umumiy oʻlchamsiz entropiya ortishining %58 i diffuzor, %42 si esa impeller hissasiga toʻgʻri kelgan. Reynolds soni kamaygani sari impellerdagi yoʻqotish tezroq ortgan; 20 km da ikki komponent umumiy yoʻqotishga teng hissa qoʻsha boshlagan. Shu bilan birga 10–25 km oraligʻida diffuzor samaradorligi %5,72, impeller samaradorligi esa %4,05 kamaygan. Bu natija diffuzorning impeller chiqishidagi buzilgan oqim sharoitlariga nisbatan sezgirroq ekanini koʻrsatadi.

Turkiya nuqtai nazaridan baholash: Natijalar Turkiyada yuqori balandlikda uzoq vaqt havoda qoluvchi uchish apparatlari, yaqin kosmos platformalari, yuqori balandlikdagi porshenli dvigatelni qoʻllab-quvvatlash tizimlari, turbokompressorlar va ixcham havo siqish mashinalari ustida ishlayotgan tadqiqot guruhlari uchun foydali mexanizm doirasini taqdim etadi. Turkiyaga xos qoʻllash uchun modelni mahalliy kompressor geometriyalari bilan qayta qurish, haqiqiy kirish buzilishlari va atmosfera sharoitlarini qoʻshish, vaqtga bogʻliq toʻliq halqali hisoblashlarni bajarish hamda yuqori balandlik sinov qurilmasi yoki past bosimli kamerada eksperimental tasdiqlash oʻtkazish kerak. Ushbu tadqiqotdan Turkiyada qoʻllanayotgan biror dvigatelning bosim nisbati, balandlik chegarasi, barqarorlik zaxirasi, yoqilgʻi sarfi yoki vazifa samaradorligini bevosita chiqarib boʻlmaydi.

Tadqiqot aniqlagan asosiy yoʻqotishlar zanjiri quyidagicha: Reynolds sonining kamayishi chegara qatlamining turbulent holatga oʻtishini kechiktiradi, ayniqsa korpusga yaqin soʻrish yuzasida past impulsli suyuqlikning toʻplanishini osonlashtiradi, mahalliy ajralish va girdob yadrosi tarqalishini kuchaytiradi, impeller chiqishidagi oqim burchagini buzadi va bu buzilgan oqim diffuzorning kirish yoʻqotishlarini oshiradi.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Yaqin kosmos va yuqori balandlik sharoitlarida atmosfera bosimi hamda zichligi keskin kamayadi. Kompressor geometriyasi va xarakterli tezligi oʻzgarmasa ham, zichlikning pasayishi oqimdagi inertsiya kuchlarining qovushoqlik kuchlariga nisbatini ifodalovchi Reynolds sonini kamaytiradi. Bu oʻzgarish parrak yuzasidagi chegara qatlamiga, uch tirqishi oqimiga, impeller chiqishidagi tezlik taqsimotiga va diffuzordagi bosim tiklanishiga taʼsir qilishi mumkin.

Tadqiqot faqat “kompressor samaradorligi qancha kamayadi?” degan savolni bermaydi. Asosiy maqsad samaradorlik yoʻqotishining impeller bilan diffuzor oʻrtasida qanday taqsimlanishini va impeller ichida boshlangan oqim buzilishining diffuzor kirishiga qaysi mexanizm orqali uzatilishini aniqlashdir.

Tadqiqotning asosiy mexanizm savollari quyidagilar:

• Past Reynolds soni parrak yuzasidagi laminar-turbulent oʻtishni qanday oʻzgartiradi?
• Past impulsli hududlar qaysi span holatlarida toʻplanadi?
• Korpusga yaqin soʻrish yuzasida ajralish va mahalliy qayta aylanish rivojlanadimi?
• Uchdagi sizib chiqish va girdob yadrolarining fazoviy koʻlami qanday oʻzgaradi?
• Impeller chiqishidagi buzilish diffuzor kirish burchagi va diffuzor yoʻqotishiga qanday taʼsir qiladi?

Nega NASA CC3 kompressori tanlangan?

NASA CC3 yuqori bosim nisbatiga ega transonik markazdan qochma kompressorlarni sonli oʻrganishda qoʻllanadigan, geometriyasi va eksperimental ishlash maʼlumotlari ochiq boʻlgan etalon tizimdir. Tadqiqotda parrak profillari, meridional kanal koordinatalari va asosiy dizayn xususiyatlari NASA dizayn hisobotlari asosida qayta tiklangan.

1-shakl kompressorning yuqoridan, oldindan va qiya koʻrinishlarini taqdim etadi. Geometriya asosiy parraklar, splitter parraklar, impeller chiqishi va aylana boʻylab joylashtirilgan qanotli diffuzorni oʻz ichiga oladi. 2-shakldagi hisoblash sohasi esa bitta davriy impeller yoʻlagi va unga mos qanotli diffuzor yoʻlagini koʻrsatadi.

Reynolds soni qanday aniqlangan?

Balandliklar oʻrtasidagi qovushoqlik taʼsirlarini taqqoslash uchun etalon Reynolds soni quyidagi bogʻlanish bilan hisoblangan:

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

Bu yerda \(\rho\) kirish havosining zichligini, \(u_2\) impeller chiqishidagi aylana tezligini, \(b_2\) impeller chiqishidagi parrak balandligini va \(\mu\) havoning dinamik qovushoqligini bildiradi. Tadqiqotda \(b_2=17\) mm deb olingan.

Zichlik ideal gaz tenglamasi bilan hisoblangan:

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

Bosim va harorat balandlik bilan oʻzgargani sababli zichlik tez kamaygan. 25 km dagi zichlik dengiz sathidagi qiymatning taxminan %3,2 iga, Reynolds soni esa taxminan %4 iga tushgan.

Nega bir xil haqiqiy aylanish tezligi qoʻllanmagan?

Turli balandliklarda kirish harorati oʻzgargani sababli kompressorlar toʻgʻridan-toʻgʻri bir xil mexanik aylanishda taqqoslanganda aylana Mach sonlari bir xil boʻlmas edi. Shu sababli tadqiqotchilar bir xil tuzatilgan aylanish tezligini saqlab, haqiqiy mexanik tezlikni har bir balandlikning kirish haroratiga qarab oʻzgartirgan.

Tuzatilgan aylanish tezligi:

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

Tuzatilgan massa sarfi esa:

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

koʻrinishida ifodalangan. Bu yerda \(T_0=288{,}15\) K va \(P_0=101.325\) Pa etalon sharoitlardir.

Bu tuzatish tadqiqot “bir xil haqiqiy dvigatel aylanishi”ni emas, balki bir xil aerodinamik tuzatilgan tezlik sharoitlarini taqqoslaganini anglatadi.

Sonli model qanday qurilgan?

Uch oʻlchamli, statsionar, siqiluvchan Reynolds boʻyicha oʻrtachalashtirilgan Navier–Stokes tenglamalari ANSYS CFX yordamida yechilgan. Turbulentlik uchun SST \(k-\omega\) modeli qoʻllangan. Ushbu model devorga yaqin oqimlarni va teskari bosim gradienti ostidagi ajralishlarni yechishga moʻljallangan tuzilishga ega.

Past Reynolds sonida laminar-turbulent oʻtishdagi oʻzgarishni hisobga olish uchun SST modeli \(\gamma-Re_\theta\) oʻtish modeli bilan birlashtirilgan. Model ikkita qoʻshimcha kattalikni kuzatadi:

• Intermittentlik koeffitsiyenti \(\gamma\): Nolga yaqinlashganda laminar yoki oʻtish holatidagi, birga yaqinlashganda esa asosan turbulent oqimni ifodalaydi.
• Impuls qalinligi Reynolds soni \(Re_\theta\): Chegara qatlamidagi oʻtishning boshlanishi va rivojlanishi bilan bogʻliq.

Kirishda umumiy bosim, umumiy harorat va oʻq boʻylab oqim yoʻnalishi; diffuzor chiqishida esa statik bosim belgilangan. Xarakteristik egri chiziqlarni hosil qilish uchun chiqishdagi qarshi bosim bosqichma-bosqich oshirilgan. Barcha qattiq yuzalar sirpanishsiz va adiabatik deb qabul qilingan.

Impeller va diffuzor oʻrtasida maʼlumot qanday uzatilgan?

Aylanuvchi impeller sohasi bilan qoʻzgʻalmas diffuzor sohasi oʻrtasida Frozen Rotor interfeysi qoʻllangan. Bu yondashuv impeller va diffuzorning oʻzaro aylana yoʻnalishidagi holatini sobit saqlagan holda tezlik, bosim va harorat notekisliklarini interfeys orqali uzatadi. Shunday qilib, impeller chiqishidagi aylana yoʻnalishidagi notekislikning bir qismi diffuzor kirishiga oʻtishi mumkin.

Biroq Frozen Rotor va statsionar RANS yondashuvi quyidagi jarayonlarni fizik vaqt davomida yechmaydi:

• parrak oʻtish chastotasiga bogʻliq rotor–stator oʻzaro taʼsiri,
• uchdagi sizib chiqish girdobining vaqtga bogʻliq harakati va parchalanishi,
• aylanuvchi stall hujayralari,
• surge tebranishlari,
• barqarorlik chegarasi yaqinidagi oʻtkinchi oqim tuzilmalari.

Shu sababli tadqiqotdagi past sarfli oxirgi yaqinlashgan nuqtalar haqiqiy surge chegarasini ifodalamaydi. Tadqiqotchilar qoʻllagan “hisoblash mumkin boʻlgan eng yuqori bosim nisbati” faqat statsionar yechimlar yaqinlashgan oraliqdagi eng yuqori qiymatdir.

Toʻr mustaqilligi qanday baholangan?

Impeller va diffuzor uchun strukturali toʻrlar ANSYS TurboGrid yordamida yaratilgan. Old qirra, orqa qirra, uch tirqishi, soʻrish yuzasi, diffuzor kirishi va diffuzor parragi old qirrasi kabi yuqori gradient kutiladigan hududlarda toʻr mahalliy ravishda zichlashtirilgan.

3-shaklda impeller yuzalaridagi \(y^+\) qiymatlari asosan birdan past boʻlib qolganini koʻrish mumkin. Bu oʻtish va SST modellarining devorga yaqin yechim talablari bajarilganini qoʻllab-quvvatlaydi.

4-shakl va 2-jadvalga koʻra jami kataklar soni 494.000 ga yetgach, yanada zich toʻrlarning bosim nisbatiga taʼsiri cheklangan. Shu sababli boshqa hisoblashlarda 233.000 impeller va 261.000 diffuzor katagidan iborat toʻr qoʻllangan.

Model NASA tajribalari bilan qanchalik mos keladi?

Model dengiz sathidagi bosim nisbati va izentropik samaradorlik xarakteristikalari boʻyicha NASA eksperimental maʼlumotlari bilan taqqoslangan. 5-shakl va 6-shaklda sonli egri chiziqlar tajriba tendensiyalarini umumiy holda kuzatadi.

• Umumiy bosim nisbatidagi oʻrtacha nisbiy xato: %8,00
• Izentropik samaradorlikdagi oʻrtacha nisbiy xato: %5,56
• Bosim nisbati egri chizigʻidagi oʻrtacha massa sarfi ogʻishi: %2,58
• Bosim nisbati egri chizigʻidagi eng yuqori massa sarfi ogʻishi: %4,87
• Samaradorlik egri chizigʻidagi oʻrtacha massa sarfi ogʻishi: %2,06
• Samaradorlik egri chizigʻidagi eng yuqori massa sarfi ogʻishi: %5,17

Eng katta nuqtaviy farqlar bo'gʻilish chegarasiga yaqin tik egri tarmoqda kuzatilgan. Bo'gʻilish chegarasining kichik siljishi bir xil sarfda bosim nisbati va samaradorlikda katta farq keltirib chiqarishi mumkin. Shu sababli model asosiy ish hududidagi nisbiy oʻzgarishlarni oʻrganish uchun qoʻllangan; haqiqiy bo'gʻilish yoki barqarorlik chegarasini yuqori aniqlikda bashorat qilish uchun yetarli deb hisoblanmagan.

Balandlik oshganda kompressor samaradorligi qanday oʻzgargan?

7-shakl va 8-shakl balandlik oshgani sari bosim nisbati va samaradorlik xarakteristikalari pastroq tuzatilgan sarflar va pastroq ishlash darajalariga siljishini koʻrsatadi.

Dengiz sathidan 25 km ga koʻtarilganda eng yuqori izentropik samaradorlik 0,112 ga kamaygan, yaʼni taxminan %12,9 pasaygan. Yuqori samaradorlikdagi ish diapazoni ham toraygan. Bu holat past Reynolds soni faqat bosim hosil qilish qobiliyatini emas, balki yoʻqotishlarni past darajada ushlab turish mumkin boʻlgan ish diapazonini ham cheklashini koʻrsatadi.

Entropiya hosil boʻlishi qanday hisoblangan?

Ideal gaz uchun solishtirma entropiya oʻzgarishi:

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

bogʻlanishi bilan ifodalangan. Tadqiqotchilar yoʻqotishni taqqoslash uchun eksponensial oʻlchamsiz entropiya parametrini taʼriflagan:

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

Izentropik ideal jarayonda \(s^*=1\). Qovushoq dissipatsiya, zarba toʻlqinlari, ajralish va aralashish ortgani sari qiymat birdan yuqoriga chiqadi.

Eksponensial parametr chiziqli ravishda qoʻshilmagani uchun diffuzordagi yoʻqotish logarifmik entropiya ortishi orqali ajratilgan:

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

Bosqichning oʻlchamsiz entropiya parametri 1,246 dan 1,412 gacha oshib, %13,3 ga ortgan. Impeller parametri %7,9 ga koʻtarilgan. Diffuzor parametri avval 10 km da biroz kamaygan, soʻng 20 va 25 km da sezilarli ravishda oshgan.

Yoʻqotish impeller va diffuzor oʻrtasida qanday taqsimlangan?

Komponentlarning umumiy entropiya ortishidagi ulushlari:

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

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

bogʻlanishlari bilan hisoblangan.

9-shakldagi yigʻilgan ustunlar dengiz sathida diffuzor yoʻqotishi ustun boʻlganini; Reynolds soni kamaygani sari impeller yoʻqotishi tez ortganini koʻrsatadi. 20–25 km da ikki komponent bir-biriga yaqin ulushlarga yetgan.

Entropiya ulushi bilan komponent samaradorligining pasayish darajasi bir xil tushuncha emas. 10–25 km oraligʻida:

• Bosqich samaradorligi %9,55,
• Impeller samaradorligi %4,05,
• Diffuzor samaradorligi %5,72

kamaygan. 10-shakldagi natija diffuzor samaradorligi buzilgan kirish oqimiga impellerga qaraganda sezgirroq ekanini koʻrsatadi.

Chegara qatlamidagi oʻtish qanday oʻzgargan?

11-shaklda impeller yoʻlagining span boʻyicha %10, %50 va %90 holatlaridagi turbulentlik intermittentligi koʻrsatilgan. Dengiz sathida yoʻlakning katta qismi yuqori \(\gamma\) qiymatlariga ega va chegara qatlami erta turbulent holatga oʻtadi.

Balandlik oshgani sari past intermittentlik hududlari parrak yuzalari boʻylab va oqim yoʻnalishida kengayadi. Eng sezilarli kengayish korpusga yaqin, span boʻyicha %90 holatda kuzatilgan. Bu past Reynolds soni oʻtishni kechiktirishini va laminar yoki oʻtish holatidagi hududlar maydonini kengaytirishini koʻrsatadi.

Past intermittentlik maydoni ulushi quyidagicha aniqlangan:

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

12-shaklga koʻra oʻtishning bostirilishi faqat parrak uchida yuzaga kelmagan, balki 25 km da butun span boʻylab tarqalgan. Shu bilan birga 20–25 km oraligʻidagi eng tez oʻsish korpusga yaqin kesimda sodir boʻlgan.

Past tezlikli oqim hududlari qanday kengaygan?

13-shakl korpusga yaqin span = 0,9 kesimidagi Mach soni taqsimotlarini koʻrsatadi. Dengiz sathida past tezlikli oqim asosan devor atrofi va yoʻlak chiqishi bilan cheklangan. 20 km da soʻrish yuzasining oʻrta va orqa qismlarida uzluksizroq past tezlikli tasma rivojlangan; 25 km da bu tasma orqa qirradagi past tezlikli hudud bilan birlashgan.

Past Mach sonli maydon ulushi:

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

deb aniqlangan.

14-shaklda korpusga yaqin kesim barcha balandliklarda past tezlikli maydonning eng katta ulushiga ega ekani koʻrinadi. 20 km dan keyin bu kesimda maydon ulushi taxminan oʻzgarmay qolgan, biroq oqim shakli va ajralish tuzilishi yomonlashishda davom etgan. Shu sababli faqat maydon foizi oqimning ogʻirligini toʻliq ifodalamaydi.

Mahalliy ajralish qayerda rivojlangan?

15-shaklda span = 0,9 kesimining oqim chiziqlari taqqoslangan. Dengiz sathida chiziqlar asosan tartibli va uzluksiz. Balandlik oshgani sari yoʻlakning oʻrta va orqa qismidagi oqim chiziqlari soʻrish yuzasi tomon toʻplangan va yon tomonga ogʻish kuchaygan.

16-shakldagi kattalashtirilgan taqqoslashda 0 km da chiziqlar egri boʻlsa-da, yopiq qayta aylanish tuzilmasini hosil qilmaydi. 25 km da esa korpus tomonidagi soʻrish yuzasi yaqinida oqim chiziqlari qayrilib, mahalliy girdobga oʻxshash ajralish va qayta aylanish hududini hosil qilgan.

Bu topilma mexanizm zanjirining dastlabki uch bosqichini qoʻllab-quvvatlaydi:

1. Turbulent oʻtishning kechikishi,
2. Devor yaqinidagi impuls almashinuvining zaiflashishi,
3. Teskari bosim gradienti ostida past impulsli suyuqlikning toʻplanib ajralishi.

Uch oʻlchamli asosiy oqim va girdob tizimi qanday oʻzgargan?

17-shakldagi uch oʻlchamli oqim chiziqlari dengiz sathida asosiy oqim yoʻlak boʻylab tartibliroq ekanini koʻrsatadi. 20 va 25 km da past tezlikli hudud kengaygan, oqim chiziqlari soʻrish yuzasi va korpus tomon koʻproq ogʻgan hamda mahalliy girdoblilik ortgan.

18-shaklda Mach soni maydoni bilan Q-kriteriy girdob yadrolari birga koʻrsatilgan. Dengiz sathida girdob tuzilmalari koʻproq parrak uchi va korpus yaqinida, nisbatan uzluksiz tasmalar koʻrinishida. Yuqori balandlikda girdob yadrolari yoʻlak ichkarisiga tomon yoyilib, yanada tarqoq geometriya hosil qilgan.

Normallashtirilgan girdob yadrosi maydoni:

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

bogʻlanishi bilan hisoblangan.

19-shakl Reynolds soni kamaygani sari girdob yadrosi izosirtlarining fazoviy koʻlami kengayishini koʻrsatadi. Bu koʻrsatkich girdobning aylanish kuchini yoki vortisiti kattaligini emas, ayni Q chegarasida aniqlangan izosirt maydonini taqqoslaydi. Bundan tashqari, natijalar statsionar RANS yechimidagi vaqt boʻyicha oʻrtachalashtirilgan girdob topologiyasini ifodalaydi.

Impeller ichidagi buzilish diffuzorga qanday uzatilgan?

Impeller chiqishi bilan diffuzor kirishi orasidagi oqim burchagi radial va aylana yoʻnalishidagi tezlik komponentlaridan hisoblangan. Musbat burchak normal tashqariga yoʻnalgan radial tashilishni, manfiy burchak esa radial tezlik komponenti teskari yoʻnalgan anomal ogʻish yoki mahalliy teskari oqimni bildiradi.

20-shaklda 25 km sharoitida manfiy burchakli hudud korpus boʻylab sezilarli ravishda kengaygani koʻrinadi. Maydon ulushi 6,60 foiz punktga oshgan, eng past burchak esa ancha kuchli teskari ogʻishga yetgan.

Qanotli diffuzorda kirish oqimi burchagi kelayotgan oqim bilan diffuzor parragi old qirrasining mosligini belgilaydi. Aylana va span yoʻnalishida farqlanuvchi kirish burchaklari mahalliy hujum burchagini, tiqilishni, ajralishni va aralashish yoʻqotishini oshirishi mumkin. Shu sababli impeller ichidagi past tezlikli ajralishning taʼsiri impeller chiqishida tugamaydi, balki diffuzor yoʻqotishiga uzatiladi.

Tadqiqot aniqlagan birlashgan yoʻqotish mexanizmi

1. Balandlik oshgani sari zichlik va Reynolds soni kamayadi.
2. Parrak yuzasidagi laminar-turbulent oʻtish kechikadi.
3. Devor yaqinidagi impuls almashinuvi zaiflashadi.
4. Ayniqsa korpus tomonidagi soʻrish yuzasida past tezlikli suyuqlik toʻplanadi.
5. Teskari bosim gradienti ostida mahalliy ajralish va qayta aylanish rivojlanadi.
6. Uchdagi sizib chiqish, ikkilamchi oqim va ajralish hududlari oʻrtasidagi oʻzaro taʼsir kuchayadi.
7. Girdob yadrolari yoʻlak ichiga yoyiladi va asosiy oqim tartibi buziladi.
8. Impeller chiqishida manfiy radial tezlik va oqim burchagi notekisligi ortadi.
9. Diffuzor kirishidagi moslik yomonlashadi; ajralish, aralashish va bosim tiklanishi yoʻqotishlari ortadi.
10. Impeller va diffuzor yoʻqotishlari birgalikda oshib, bosqich samaradorligi va ish diapazonini pasaytiradi.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan xulosalar

• Reynolds sonining 5,70 × 10⁵ qiymatdan 2,28 × 10⁴ qiymatgacha kamayishi sonli modelda bosim nisbati, samaradorlik va sarf sigʻimini pasaytirgan.
• Eng yuqori izentropik samaradorlik 0,87 dan 0,76 gacha tushgan.
• Bosqichning oʻlchamsiz entropiya parametri %13,3 ga oshgan.
• Dengiz sathida diffuzor yoʻqotishi ustun boʻlgan boʻlsa, yuqori balandlikda impeller yoʻqotishining ulushi ortgan.
• 25 km da oʻtishning bostirilishi impeller spanining butun qismida yaqqol namoyon boʻlgan.
• Korpusga yaqin past Mach sonli maydon ulushi taxminan %30 dan %42 gacha oshgan.
• Korpus tomonidagi soʻrish yuzasida mahalliy ajralish va qayta aylanish rivojlangan.
• Normallashtirilgan girdob yadrosi maydoni 1,000 dan 1,206 gacha oshgan.
• Diffuzor kirishidagi manfiy oqim burchagiga ega maydon %9,32 dan %15,92 gacha oshgan.
• Eng past kirish burchagi −20,3° dan −64,5° gacha tushgan.
• Impeller chiqishidagi oqim buzilishi bilan diffuzordagi yoʻqotishning ortishi oʻrtasida izchil mexanizm bogʻliqligi aniqlangan.

Tadqiqot isbotlamaydigan xulosalar

• Model 20 yoki 25 km da haqiqiy kompressorning mutlaq ishlashini ayni aniqlikda bashorat qilishi eksperimental ravishda koʻrsatilmagan.
• Xarakteristik egri chiziqlarning past sarfli oxirgi nuqtalari haqiqiy surge chegarasi emas.
• Past Reynolds soni vaqtga bogʻliq stall hujayralari va rotor–stator oʻzaro taʼsirini qanday oʻzgartirishi yechilmagan.
• Girdob yadrosi maydonining ortishi girdob kuchi ham ayni nisbatda oshganini anglatmaydi.
• Diffuzor yoʻqotishidagi barcha oʻsish faqat manfiy kirish burchaklaridan kelib chiqishi bevosita isbotlanmagan.
• Turli kompressor geometriyalari ayni yoʻqotish ulushlari yoki chegaraviy balandliklarni koʻrsatishi aniqlanmagan.
• Haqiqiy parvoz kirish buzilishlari, namlik, zarrachalar, muzlanish va harorat notekisliklari oʻrganilmagan.
• Parrak yoki korpusdagi issiqlik uzatish modellashtirilmagan.
• Konstruktiv kuchlanish, charchash, rotor dinamikasi va mexanik xavfsizlik baholanmagan.
• Taklif qilingan sezgir hududlar uchun yangi optimallashtirilgan geometriya yoki eksperimental oqim boshqaruvi ishlab chiqilmagan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

Tadqiqotning kuchli tomoni umumiy ishlash egri chiziqlarini alohida talqin qilish oʻrniga bosqich, impeller va diffuzor yoʻqotishlarini bitta modelda birgalikda oʻrganishidir. Entropiya ortishini komponentlarga ajratish past Reynolds soni faqat diffuzorga yoki faqat impellerga taʼsir qiladi degan bir komponentli izohlarni cheklaydi.

Ikkinchi kuchli tomon yoʻqotish oʻsishining bir-birini toʻldiruvchi koʻplab oqim koʻrsatkichlari bilan kuzatilganidir. Oʻtish intermittentligi, past Mach sonli maydon, oqim chiziqlari, Q-kriteriy girdob yadrolari va diffuzor kirish burchagi bir xil mexanizm zanjirida baholangan.

Uchinchi kuchli tomon NASA tajribalari bilan asosiy tekshiruv faqat vizual egri oʻxshashligiga qoldirilmaganidir; bosim nisbati, samaradorlik va massa sarfi ogʻishlari son jihatdan hisobot qilingan.

Asosiy cheklovlar

Model yuqori balandliklarda eksperimental ravishda tasdiqlanmagan. 0 km dagi tekshiruvda oʻrtacha bosim nisbati xatosi %8,00 va samaradorlik xatosi %5,56 ni tashkil etadi. Bu xato darajasi yuqori balandlikdagi kichik ishlash farqlarini mutlaq aniqlik bilan talqin qilishni cheklaydi.

Tadqiqot statsionar RANS va bitta yoʻlakli Frozen Rotor modeliga asoslangan. Vaqtga bogʻliq parrak oʻtish taʼsirlari, toʻliq halqa notekisliklari, stall boshlanishi va surge dinamikasi bevosita yechilmaydi.

NASA CC3 geometriyasi eʼlon qilingan koordinatlardan qayta tiklangan. Haqiqiy tajriba qurilmasi bilan kichik geometrik farqlar, uch tirqishi noaniqliklari va chegara shartlari tekshiruvdagi farqlarga hissa qoʻshishi mumkin.

Barcha devorlar adiabatik deb qabul qilingan. Yuqori balandlikdagi parvozda devor harorati va issiqlik uzatishning oʻtish xatti-harakatiga taʼsiri ushbu tadqiqot doirasida baholanmagan.

Kirish sharoitlari standart atmosfera qiymatlariga asoslangan. Haqiqiy uchish apparatining havo qabul qilgichi, manevri, chegara qatlamini yutishi yoki tashqi kirish buzilishi modelga qoʻshilmagan.

Matnning kirish qismidagi ayrim adabiyot havolalari “Error! Reference source not found.” koʻrinishida buzilgan. Bu holat tadqiqot natijalarini bevosita oʻzgartirmasa-da, manbalarni kuzatish va nashrga tayyorlash nuqtai nazaridan tuzatilishi lozim boʻlgan formatlash muammosidir.

Tadqiqot usuli va natijalari

Sonli usulning qisqacha mazmuni

Asosiy ishlash oʻzgarishlari

Shakllarning ilmiy mazmuni

• 1-shakl: NASA CC3 kompressorining yuqoridan, oldindan va qiya geometrik koʻrinishlarini koʻrsatadi.
• 2-shakl: Asosiy parrak, splitter parrak, uch tirqishi, davriy yuzalar va qanotli diffuzorni oʻz ichiga olgan hisoblash sohasini taqdim etadi.
• 3-shakl: Impeller devorlaridagi \(y^+\) qiymatlari devorga yaqin yechim uchun past darajada saqlanganini koʻrsatadi.
• 4-shakl: Jami kataklar soni taxminan 494.000 ga yetgach, bosim nisbati toʻrni yanada zichlashtirishga cheklangan sezgirlik koʻrsatishini aniqlaydi.
• 5-shakl: Sonli va eksperimental bosim nisbati xarakteristikalarini, asosiy ish va bo'gʻilishga yaqin hududlarni taqqoslaydi.
• 6-shakl: Sonli va eksperimental izentropik samaradorlik egri chiziqlarining asosiy ish hududidagi mosligini koʻrsatadi.
• 7-shakl: Balandlik ortishi bilan bosim nisbati egri chiziqlari pastga va kichikroq sarflarga siljishini koʻrsatadi.
• 8-shakl: Eng yuqori samaradorlik va yuqori samarali ish diapazoni balandlik bilan kamayishini koʻrsatadi.
• 9-shakl: Entropiya ortishining impeller va diffuzor oʻrtasidagi taqsimotini hamda balandlik bilan oʻzgaruvchi hissa nisbatlarini koʻrsatadi.
• 10-shakl: Bosqich, impeller va diffuzor samaradorliklari 10–25 km oraligʻida pasayishini; komponentlar orasidagi eng katta samaradorlik yoʻqotishi diffuzorda yuzaga kelishini koʻrsatadi.
• 11-shakl: Spanning uch holatida past intermittentlik hududlari balandlik bilan parrak yuzasi boʻylab kengayishini koʻrsatadi.
• 12-shakl: Past intermittentlik maydoni ulushi ayniqsa 20 km dan keyin tez ortishini koʻrsatadi.
• 13-shakl: Korpusga yaqin kesimda past Mach sonli maydon soʻrish yuzasi va yoʻlak chiqishi boʻylab kengayishini koʻrsatadi.
• 14-shakl: Past tezlikli maydon ulushi barcha span holatlarida ortishini va eng yuqori qiymat korpus yaqinida qolishini koʻrsatadi.
• 15-shakl: Balandlik bilan oqim chiziqlarining tartibi buzilishini va soʻrish yuzasi yoʻnalishidagi yon ogʻish ortishini koʻrsatadi.
• 16-shakl: Dengiz sathida mavjud boʻlmagan aniq mahalliy qayta aylanish 25 km da rivojlanishini koʻrsatadi.
• 17-shakl: Impeller ichidagi uch oʻlchamli asosiy oqim yuqori balandlikda yanada tarqoq va notekis boʻlib qolishini koʻrsatadi.
• 18-shakl: Past tezlikli hududlar bilan Q-kriteriy girdob yadrolari koʻproq ustma-ust tushishini va girdoblar yoʻlak ichiga yoyilishini koʻrsatadi.
• 19-shakl: Normallashtirilgan girdob yadrosi maydoni balandlik bilan 1,000 dan 1,206 gacha oshishini koʻrsatadi.
• 20-shakl: 25 km da diffuzor kirishidagi manfiy oqim burchagiga ega hududlar kengroq va kuchliroq ekanini koʻrsatadi.

Usuliy talqin

Tadqiqot natijalari past Reynolds soni taʼsirini oddiy samaradorlikni tuzatish koeffitsiyenti sifatida baholamaslik kerakligini koʻrsatadi. Qovushoqlik taʼsiri avval chegara qatlamini, keyin yoʻlak ichidagi uch oʻlchamli oqim tuzilishini va oxirida komponentlar mosligini oʻzgartiradi.

Ayniqsa korpus tomonidagi soʻrish yuzasi, impeller chiqishi va diffuzor kirishi kritik hududlar sifatida aniqlangan. Kelajakdagi dizayn tadqiqotlari faqat impellerning oʻz samaradorligini oshirish oʻrniga quyidagi maqsadlarni birgalikda koʻrib chiqishi kerak:

• Korpusga yaqin past tezlikli maydonni cheklash,
• Soʻrish yuzasining orqa qismidagi ajralishni kechiktirish,
• uchdagi sizib chiqish girdoblarining yoʻlak ichiga tarqalishini kamaytirish,
• impeller chiqishidagi oqim burchagini diffuzor parraklari bilan yaxshiroq moslashtirish,
• impeller va diffuzorni yaxlit tarzda optimallashtirish.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning toʻliq asl nomi:Low-Reynolds-number effects on a transonic centrifugal compressor under near-space conditions: Performance degradation and coupled impeller–diffuser loss evolution

Mualliflar va ularning tartibi: Shaohua Lv; Yunxiao Wang; Shen Gao; Siwei Li; Yanxing Zhao; Maoqiong Gong.

Hammuallif birinchi muallif yoki teng hissa haqidagi maʼlumot: Tadqiqotda keltirilmagan.

Masʼul muallif: Yanxing Zhao.

Institutsional mansubliklar:

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

DOI: 10.2139/ssrn.7201739.

Nashr platformasi: SSRN.

Jurnal: Tadqiqotda qabul qilingan yoki nashr etilgan taqrizli jurnal nomi keltirilmagan.

Asl nashriyot: Taqrizli yakuniy nashr mavjud boʻlmagani sababli tasdiqlangan maqola nashriyoti yoʻq. SSRN Elsevier tarkibida yuritiladigan preprint va dastlabki tadqiqotlarni ulashish platformasidir.

Nashr yili: 2026.

Manba turi: NASA CC3 eksperimental maʼlumotlari bilan dengiz sathida tekshirilgan uch oʻlchamli, statsionar RANS va oʻtish modeli asosidagi sonli tadqiqot preprinti.

Taqriz holati: Tadqiqot taqrizdan oʻtmagan. Natijalar dastlabki tadqiqot natijalari sifatida baholanishi kerak.

Rasmiy manba havolasi:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201739

Mualliflar hissasi: Shaohua Lv dastlabki qoʻlyozma, tekshirish, dasturiy taʼminot va maʼlumotlarni tartibga solish; Yunxiao Wang koʻrib chiqish-tahrirlash, formal tahlil va konseptuallashtirish; Shen Gao koʻrib chiqish-tahrirlash va usul; Siwei Li koʻrib chiqish-tahrirlash va usul; Yanxing Zhao koʻrib chiqish-tahrirlash, resurslar, formal tahlil va konseptuallashtirish; Maoqiong Gong rahbarlik va resurslar vazifalarini bajargan.

Moliyaviy qoʻllab-quvvatlash: Tadqiqot Xitoy Milliy Tabiiy Fanlar Jamgʻarmasining 52322602 va 52227811 raqamli grantlari bilan moliyalashtirilgan.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar tadqiqotga taʼsir qilishi mumkin boʻlgan maʼlum moliyaviy manfaat yoki shaxsiy munosabat mavjud emasligini bildirgan.

Ushbu oʻzbekcha izoh yuklangan tadqiqotning 65 sahifasi; sarlavha va muallif maʼlumotlari, tenglamalar, oltita jadval, 1–20-shakllar, qoʻshilgan yuqori aniqlikdagi oqim maydonlari, ishlash grafiklari, toʻr tuzilmalari, intermittentlik taqsimotlari, Mach soni maydonlari, oqim chiziqlari, girdob yadrolari va diffuzor kirish burchagi xaritalari oʻrganilib tayyorlangan. Ilmiy mazmun faqat tadqiqotning usullari, sonli natijalari va oʻz baholashlariga asoslangan.

Tashqi manbalarni tekshirish faqat asl sarlavha, mualliflar, SSRN qaydi, DOI va preprint holatini bibliografik tasdiqlash maqsadida qoʻllangan. Tadqiqotda mavjud boʻlmagan tashqi aerodinamik natijalar izohga qoʻshilmagan.

Asosiy usuliy cheklovlar quyidagilardir: yuqori balandlik sharoitlarida mustaqil eksperimental tasdiqlashning yoʻqligi, statsionar RANS va Frozen Rotor yondashuvining vaqtga bogʻliq rotor–stator oʻzaro taʼsirini yecha olmasligi, haqiqiy stall va surge chegaralarini aniqlab boʻlmasligi, bitta yoʻlakli davriy modeldan foydalanilishi, devorlarning adiabatik deb qabul qilinishi va haqiqiy parvoz kirish buzilishlari hisobga olinmasligi.

Tadqiqotdagi “hisoblash mumkin boʻlgan eng yuqori bosim nisbati” haqiqiy surge chegarasidagi bosim nisbati sifatida talqin qilinmasligi kerak. Xuddi shuningdek, normallashtirilgan Q-kriteriy maydoni girdob yadrolarining fazoviy koʻlamini ifodalaydi va girdob kuchini bevosita oʻlchamaydi.

Kirish qismidagi ayrim adabiyot havolalari “Error! Reference source not found.” koʻrinishida buzilgan. Ushbu manba formatlash muammosi yakuniy taqrizli versiya tayyorlanayotganda tuzatilishi kerak.