本文關(guān)鍵詞：亞聲速重復(fù)級壓氣機(jī)試驗臺氣動與結(jié)構(gòu)設(shè)計

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【摘要】：壓氣機(jī)作為航空發(fā)動機(jī)核心機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的三大部件之一,其性能的提高一直以來受限于其內(nèi)部氣動流場的準(zhǔn)確認(rèn)識。目前,進(jìn)行氣體動力學(xué)研究的方法主要有理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗研究。其中實(shí)驗研究因其真實(shí)可靠,對另外兩種方法有著檢驗和指導(dǎo)作用,在氣體動力學(xué)研究上具有不可替代的作用。低速壓氣機(jī)試驗臺是諸多實(shí)驗裝置中較為特別的一種,相對于簡單的風(fēng)洞葉柵試驗它能夠更真實(shí)地模擬并測量實(shí)際工作狀態(tài)下的壓氣機(jī)流場,而相對于高跨聲速壓氣機(jī)試驗臺他又有著測量精度高、試驗成本低等突出優(yōu)點(diǎn),因而在實(shí)驗領(lǐng)域廣受研究者的關(guān)注。大連海事大學(xué)遼寧省船用小型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室在參考國內(nèi)外已有的壓氣機(jī)實(shí)驗臺參數(shù)上,擬建設(shè)一臺亞聲速重復(fù)級壓氣機(jī)試驗臺,從而為壓氣機(jī)三維流場的研究提供更翔實(shí)而準(zhǔn)確的實(shí)驗數(shù)據(jù)。本文的研究目的就是為該壓氣機(jī)試驗臺進(jìn)行初步的氣動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先,借助于NREC完成了氣動設(shè)計部分的任務(wù)。由于設(shè)計目標(biāo)是重復(fù)級的壓氣機(jī),本文先進(jìn)行了單級壓氣機(jī)的設(shè)計,之后將性能優(yōu)異的單級進(jìn)行復(fù)制后附于原級之后與原有級共同組成雙級的壓氣機(jī)。設(shè)計過程中,在求解簡單徑向平衡方程的基礎(chǔ)上,采用等環(huán)量扭曲方法對動葉進(jìn)行了扭葉片的設(shè)計,靜葉采用直葉片,其葉型根據(jù)葉片中徑的速度三角形進(jìn)行設(shè)計。在完成了100mm、150mm和200mm三個弦長的單級設(shè)計之后,采用NUMECA軟件對三種弦長的單級壓氣機(jī)進(jìn)行三維數(shù)值模擬,結(jié)果顯示,后兩個弦長的設(shè)計表現(xiàn)出了更為優(yōu)異的性能和更好的流場。而后續(xù)對這兩個弦長的雙級設(shè)計通過模擬結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn),150mm弦長的雙級設(shè)計流場惡化嚴(yán)重,從而使得該弦長設(shè)計的整機(jī)性能參數(shù)不能滿足預(yù)定的目標(biāo)。另外,考慮到流場測試的空間便利性要求,最終選定了200mm弦長的設(shè)計方案。之后,對選定設(shè)計進(jìn)行了4個非設(shè)計轉(zhuǎn)速工況的數(shù)值模擬,得到了各工況下的壓氣機(jī)特性曲線。各個轉(zhuǎn)速下的特性曲線顯示了本文設(shè)計的壓氣機(jī)具有良好的變工況性能,結(jié)合設(shè)計轉(zhuǎn)速下的三維流場數(shù)值模擬結(jié)果,證明了本文的壓氣機(jī)設(shè)計參數(shù)符合設(shè)計要求。最后是整個壓氣機(jī)試驗臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計�？傮w上采用水平臥式安裝,開口直流式的軸向均勻進(jìn)氣,徑向蝸殼排氣。對于壓氣機(jī)流場的測量方法與所采用的氣動測量儀器及其布置也進(jìn)行了合理的設(shè)計,達(dá)到了壓氣機(jī)性能與流場測試的要求。
【關(guān)鍵詞】：壓氣機(jī)試驗臺 氣動設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH45
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 研究背景12-15
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)課題發(fā)展現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.3 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述的簡析19-20
• 1.3 本文主要內(nèi)容及工作20-23
• 第二章 壓氣機(jī)氣動設(shè)計及流場數(shù)值模擬方法23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 壓氣機(jī)的氣動設(shè)計方法23-33
• 2.2.1 基元級及基元級的速度三角形23-24
• 2.2.2 基元級無因次參數(shù)和無因次速度三角形24-25
• 2.2.3 葉片扭曲規(guī)律25-31
• 2.2.4 葉片葉型幾何造型方法31-32
• 2.2.5 關(guān)于NREC軟件32-33
• 2.3 數(shù)值模擬方法33-40
• 2.3.1 CFD的常用數(shù)值方法33-35
• 2.3.2 CFD中涉及的控制方程35-36
• 2.3.3 關(guān)于NUMECA軟件36-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 單級壓氣機(jī)氣動設(shè)計與流場數(shù)值模擬41-75
• 3.1 引言41-42
• 3.2 設(shè)計參數(shù)的預(yù)處理42-46
• 3.2.1 動葉葉中速度三角形42-44
• 3.2.2 動葉葉根速度三角形44-45
• 3.2.3 動葉葉頂速度三角形45-46
• 3.3 葉型設(shè)計46-64
• 3.3.1 一維設(shè)計48-54
• 3.3.2 三維葉片造型54-64
• 3.4 流場的數(shù)值模擬64-73
• 3.4.1 數(shù)值驗證64-67
• 3.4.2 單級計算網(wǎng)格劃分67-68
• 3.4.3 單級壓氣機(jī)特性曲線68-69
• 3.4.4 S1截面流線靜壓云圖及熵值云圖69-71
• 3.4.5 靜葉出口S3截面氣流偏轉(zhuǎn)角及氣流俯仰角正切值云圖71-73
• 3.5 本章小結(jié)73-75
• 第四章 重復(fù)級壓氣機(jī)氣動設(shè)計與流場數(shù)值模擬75-92
• 4.1 引言75
• 4.2 不同弦長設(shè)計的流場比較75-89
• 4.2.1 雙級壓氣機(jī)模擬網(wǎng)格劃分76-77
• 4.2.2 雙級壓氣機(jī)特性曲線77-78
• 4.2.3 S1截面流線靜壓云圖及熵值云圖78-81
• 4.2.4 極限流線分析81-85
• 4.2.5 S3截面熵值云圖85-88
• 4.2.6 小結(jié)88-89
• 4.3 非設(shè)計轉(zhuǎn)速下壓氣機(jī)的性能89-91
• 4.4 本章小結(jié)91-92
• 第五章 亞聲速壓氣機(jī)試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計92-101
• 5.1 前言92
• 5.2 壓氣機(jī)試驗臺整體結(jié)構(gòu)方案92-96
• 5.2.1 動力系統(tǒng)92-93
• 5.2.2 傳動系統(tǒng)93-94
• 5.2.3 進(jìn)氣系統(tǒng)94
• 5.2.4 本體結(jié)構(gòu)94-95
• 5.2.5 排氣系統(tǒng)95-96
• 5.3 壓氣機(jī)實(shí)驗臺測試方法設(shè)計96-99
• 5.3.1 壓氣機(jī)特性線測試方法96-97
• 5.3.2 靜葉流道與出口流場測試方法97-98
• 5.3.3 流動可視化測試方法98
• 5.3.4 動葉出口非定常流場測試方法98-99
• 5.3.5 動葉葉頂非定常壓力場測試方法99
• 5.4 本章小結(jié)99-101
• 總結(jié)與展望101-103
• 工作總結(jié)101-102
• 工作展望102-103
• 參考文獻(xiàn)103-106
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文106-107
• 致謝107-108
• 個人簡歷108

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：946192