本文關鍵詞：空氣循環(huán)系統(tǒng)中動力渦輪性能分析

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【摘要】：傳統(tǒng)的飛機環(huán)境控制系統(tǒng)需要大量發(fā)動機壓氣機引氣來實現(xiàn)座艙增壓并帶走熱載荷,對發(fā)動機性能存在影響。為得到限定流量和合適溫度的座艙供氣,引氣系統(tǒng)中設置預冷器、絕對壓力調(diào)節(jié)器等部件,將高溫高壓的發(fā)動機壓氣機引氣進行降溫、降壓處理,造成發(fā)動機壓氣機引氣的能量極大浪費,發(fā)動機有效功率沒有得到充分使用。達到座艙要求條件下,減少發(fā)動機壓氣機引氣量是目前研究的熱點。本文針對MA700民用飛機提出一種用動力渦輪驅(qū)動的空氣循環(huán)系統(tǒng)。將高溫高壓引氣直接引入動力渦輪膨脹做功,可以將發(fā)動機壓氣機引氣的能量得到最大限度利用,同時可以取消預冷器、絕對壓力調(diào)節(jié)器等附件減小系統(tǒng)質(zhì)量。本文中,動力渦輪的結構特點是具有可調(diào)節(jié)噴嘴環(huán),可以根據(jù)環(huán)控系統(tǒng)中壓氣機功率需求改變噴嘴環(huán)開度控制引氣量。主要涉及以下幾方面研究:1)根據(jù)MA700飛機發(fā)動機壓氣機引氣參數(shù),計算出飛行剖面內(nèi)使用動力渦輪驅(qū)動空氣循環(huán)系統(tǒng)時需要的發(fā)動機壓氣機引氣量。根據(jù)計算結果選取設計、優(yōu)化狀態(tài)。在地面狀態(tài),環(huán)境溫度高,座艙熱負荷大;沖壓空氣溫度高,換熱器效率低;動力渦輪膨脹比小,需要引氣量大。選取飛機地面狀態(tài)發(fā)動機壓氣機引氣參數(shù)設計動力渦輪。在飛行剖面內(nèi)巡航時間最長,選取飛機巡航狀態(tài)發(fā)動機壓氣機引氣參數(shù)優(yōu)化動力渦輪。在巡航高度對動力渦輪轉(zhuǎn)速、葉輪葉片數(shù)、葉輪葉型三方面進行優(yōu)化。優(yōu)化目標是提高動力渦輪在噴嘴環(huán)開度為+3°,0°,-3°,-6°時的綜合性能。2)對優(yōu)化得到的動力渦輪進行性能分析:在相同工作條件下對比優(yōu)化前后渦輪流場,對比不同噴嘴環(huán)開度時渦輪內(nèi)部流場,分析渦輪效率改變的原因。3)在飛行剖面內(nèi)數(shù)值模擬,得到動力渦輪輸出功曲線,據(jù)此確定飛行剖面內(nèi)任意時刻噴嘴環(huán)開度。動力渦輪驅(qū)動的空氣循環(huán)系統(tǒng)發(fā)動機壓氣機引氣量與飛機現(xiàn)有環(huán)控系統(tǒng)相比明顯減少。飛行剖面內(nèi)動力渦輪效率保持在0.851~0.885之間,在變工況條件下可以保持較高效率。
【關鍵詞】：環(huán)境控制系統(tǒng) 動力渦輪 可調(diào)節(jié)噴嘴環(huán) 優(yōu)化設計 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V245.3;V233
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 緒論15-24
• 1.1 飛機環(huán)境控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀15-18
• 1.1.1 發(fā)動機壓氣機引氣環(huán)控系統(tǒng)15-17
• 1.1.2 全電環(huán)控系統(tǒng)17-18
• 1.2 可調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)渦輪研究現(xiàn)狀18-23
• 1.2.1 渦輪葉片設計及優(yōu)化18-20
• 1.2.2 可調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)渦輪性能研究20-21
• 1.2.3 可調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)渦輪控制機構研究21-22
• 1.2.4 可調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)渦輪在環(huán)境控制系統(tǒng)中的應用22-23
• 1.3 本文主要工作23-24
• 第二章 系統(tǒng)性能分析24-32
• 2.1 系統(tǒng)介紹24
• 2.2 系統(tǒng)主要組件24-25
• 2.3 系統(tǒng)參數(shù)計算25-27
• 2.4 座艙供氣溫濕度27
• 2.5 動力渦輪引氣量分析27-31
• 2.6 本章小結31-32
• 第三章 動力渦輪設計32-48
• 3.1 一維設計32-39
• 3.1.1 設計要求32
• 3.1.2 設計流程32-39
• 3.1.3 設計結果39
• 3.2 葉輪三維設計39-44
• 3.2.1 Bezier曲線造型39-40
• 3.2.2 子午流道造型40-42
• 3.2.3 z?θ流面造型42-44
• 3.3 噴嘴環(huán)三維設計44-45
• 3.4 蝸殼三維設計45-47
• 3.5 本章小結47-48
• 第四章 動力渦輪數(shù)值計算48-55
• 4.1 概述48-49
• 4.2 流體力學理論基礎49-51
• 4.2.1 控制方程49
• 4.2.2 湍流模型49-51
• 4.3 交界面51
• 4.4 網(wǎng)格敏感度51-52
• 4.5 周期性模型52-54
• 4.5.1 四分之一流道幾何模型52-53
• 4.5.2 四分之一流道數(shù)值模擬53-54
• 4.6 本章小結54-55
• 第五章 動力渦輪優(yōu)化55-65
• 5.1 優(yōu)化方法概述55-56
• 5.2 均勻設計法56
• 5.3 Kriging近似模型56-58
• 5.3.1 Kriging近似模型56-57
• 5.3.2 回歸函數(shù)57
• 5.3.3 關聯(lián)函數(shù)57-58
• 5.3.4 目標函數(shù)58
• 5.3.5 RMSE最大點58
• 5.4 尋優(yōu)方法58-59
• 5.4.1 EI搜索58-59
• 5.4.2 GA搜索59
• 5.5 渦輪優(yōu)化59-60
• 5.5.1 葉片數(shù)優(yōu)化59-60
• 5.5.2 轉(zhuǎn)速優(yōu)化60
• 5.6 葉輪葉型優(yōu)化60-64
• 5.6.1 初始樣本點60-62
• 5.6.2 搜索樣本點62-64
• 5.7 本章小結64-65
• 第六章 動力渦輪性能分析65-74
• 6.1 優(yōu)化前后葉輪葉片靜壓對比65-66
• 6.2 噴嘴環(huán)開度變化流場分析66-69
• 6.2.1 噴嘴環(huán)內(nèi)部流場分析66-68
• 6.2.2 葉輪長葉片靜壓分析68-69
• 6.3 渦輪流量特性曲線69-70
• 6.4 變工況動力渦輪性能分析70-72
• 6.5 本章小結72-74
• 第七章 總結與展望74-76
• 7.1 全文總結74-75
• 7.2 工作展望75-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80-81
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文81

【參考文獻】

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本文編號：977383