發(fā)布時間：2020-05-04 22:14

【摘要】：隨著無人偵察機、靶機、巡航導彈等小型化作戰(zhàn)武器廣泛應用,渦輪發(fā)動機作為其動力裝置其尺寸趨于微型化,微型軸流渦輪作為發(fā)動機關鍵部件之一,需要具有高通流、高輸出功、高轉速、高效率等特點。特別是在小流量,轉速和整體尺寸受到限制的情況下還要出功高,因此使得葉片變的低矮,輪轂比增加,由此帶來通道中雷諾數(shù)減小、氣體粘性作用增強、相對葉尖間隙增大、葉尖間隙泄漏損失和二次流損失增加。本文以某大輪轂比小尺度的彈用單級沖壓渦輪為對象,開展了葉尖間隙泄漏和端壁二次流損失研究,分析了小尺度下端壁翼刀和翼梢小翼的流動控制方法的有效性及其對流場參數(shù)和渦輪氣動性能的影響。主要研究結果如下:1、研究了大輪轂比微型軸流渦輪流動特點。相比于常規(guī)微型軸流渦輪,大輪轂比微型軸流渦輪下二次流損失和葉尖間隙泄漏損失皆有所增加。研究發(fā)現(xiàn):相比于常規(guī)軸流渦輪,大輪轂比微型軸流渦輪下二次流損失為原來的2.91倍,二次流損失高達5.34%;葉尖間隙泄漏損失為原來的3.6倍,泄漏損失高達6.6%,渦輪微型化及輪轂比的增大使得葉柵通道損失增加。2、對比分析了大輪轂比微型軸流渦輪轉子翼梢小翼技術。各型翼梢小翼均可降低葉尖間隙兩側壓差,但翼梢小翼對葉尖間隙分離渦、間隙泄漏流以及間隙泄漏渦的影響因結構型式而有所不同。并重點探討了組合小翼寬度、間隙高度對轉子內(nèi)葉尖間隙流動的影響。研究表明:單邊小翼和組合小翼均通過降低葉尖表面橫向壓差來減小葉尖間隙泄漏損失和通道損失,除此之外,單邊小翼中吸力面小翼通過削弱泄漏渦的發(fā)展,壓力面小翼通過削弱葉尖間隙區(qū)泄漏流體的平均動能,組合小翼通過增大葉尖表面分離渦來堵塞間隙流道及削弱泄漏流體的平均動能,均能夠減小葉尖間隙泄漏損失和通道損失,進而提升渦輪級效率。在減小葉尖泄漏方面壓力面優(yōu)于吸力面,但由于壓力面小翼強化了葉尖表面間隙區(qū)泄漏流體的摻混損失,因而在提升效率方面吸力面小翼優(yōu)于壓力面小翼,組合小翼整合了兩型單邊小翼的優(yōu)勢,在抑制間隙泄漏和提高渦輪效率方面均優(yōu)于單邊小翼。間隙較小時組合小翼抑制泄漏損失作用不明顯,隨著間隙的增大其作用逐漸顯現(xiàn),使得渦輪效率提升明顯,在間隙5.3%H時效率提升0.464%。雖然組合小翼寬度增加能夠減小泄漏流量,但額外增加的摩擦損失和間隙區(qū)摻混損失使渦輪級效率基本上無變化。3、研究了大輪轂比微型軸流渦輪轉子端壁翼刀技術,分析了周向位置、高度、長度對端壁二次流的影響。計算表明,周向位置為θ=3/4的端壁翼刀通過阻礙端壁處低能流體橫向遷移,能夠有效減少低能流體在吸力面尾部的堆積,削弱低能流體與尾跡的摻混,最高可使二次動能系數(shù)下降17.5%;高度為1/3附面層厚度時的端壁翼刀能夠較好的削弱低能流體的橫向遷移,可使質(zhì)量平均總壓損失系數(shù)最高可降低14.4%來;翼刀長度為1/2軸向弦長,距離額線1/4軸向弦長時,既能夠阻礙低能流體的橫向流動,也能夠減少翼刀帶來的附加損失,其效果優(yōu)于其他長度方案的翼刀�？偟膩碚f,端壁翼刀能夠阻斷馬蹄渦壓力面分支與通道渦的匯合和抑制壁面潛流的橫向遷移,使得吸力面角區(qū)的低能流體減少,削弱了尾部低能流體與尾跡的摻混。
【圖文】：

第一章 緒論1 研究背景及意義目前小功率發(fā)動機在發(fā)動機領域占有很重要的地位，特別是小尺寸、小流量、高輸出渦輪發(fā)動機，，作為飛行器的動力裝置，被廣泛用于巡航導彈、空氣渦輪起動機、AP力裝置）、微型燃氣輪機等裝備上[1]~[3]。在微型渦輪發(fā)動機中，由于渦輪需要在高溫高壓等惡劣的環(huán)境中要高效地輸出軸功以壓氣機或其他部件的運轉，因此高性能的渦輪是整機關鍵部件之一。與微型軸流渦輪相向心渦輪雖然出功能力強，負荷高，小流量下效率高、膨脹比大，但是會受到徑向尺寸重、通流能力弱等因素限制[4]~5]。多級軸流渦輪由單級渦輪組合而成，單級渦輪的氣多級渦輪整機性能有至關重要的影響，因此提高單級渦輪氣動性能有助于提升多級渦能。針對大輪轂比微型軸流渦輪主要應用于空氣渦輪起動機、彈用沖壓渦輪發(fā)電機、助動力裝置、微型燃氣輪機發(fā)電機，如 Milton G. Kofskey 研究中心的某彈用沖壓渦eywell 研制的 Model 131-9 輔助動力裝置錯誤!未找到引用源。。

第一章 緒論1 研究背景及意義目前小功率發(fā)動機在發(fā)動機領域占有很重要的地位，特別是小尺寸、小流量、高輸出渦輪發(fā)動機，作為飛行器的動力裝置，被廣泛用于巡航導彈、空氣渦輪起動機、AP力裝置）、微型燃氣輪機等裝備上[1]~[3]。在微型渦輪發(fā)動機中，由于渦輪需要在高溫高壓等惡劣的環(huán)境中要高效地輸出軸功以壓氣機或其他部件的運轉，因此高性能的渦輪是整機關鍵部件之一。與微型軸流渦輪相向心渦輪雖然出功能力強，負荷高，小流量下效率高、膨脹比大，但是會受到徑向尺寸重、通流能力弱等因素限制[4]~5]。多級軸流渦輪由單級渦輪組合而成，單級渦輪的氣多級渦輪整機性能有至關重要的影響，因此提高單級渦輪氣動性能有助于提升多級渦能。針對大輪轂比微型軸流渦輪主要應用于空氣渦輪起動機、彈用沖壓渦輪發(fā)電機、助動力裝置、微型燃氣輪機發(fā)電機，如 Milton G. Kofskey 研究中心的某彈用沖壓渦eywell 研制的 Model 131-9 輔助動力裝置錯誤!未找到引用源。。
【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】：2017
【分類號】：V235.1;TJ760.33

【參考文獻】

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1 魏曼;鐘兢軍;;具有葉尖小翼的渦輪葉柵間隙流動的實驗研究[J];推進技術;2015年12期

2 謝婕;夏晨;張遠森;李傳鵬;;低展弦比微型軸流渦輪彎葉片設計[J];南京航空航天大學學報;2015年01期

3 鐘兢軍;韓少冰;;融合式葉尖小翼對低速壓氣機轉子氣動性能的影響[J];推進技術;2014年06期

4 王大磊;邵伏永;郭昊雁;王維明;;翼梢小翼對渦輪間隙泄漏流動影響的數(shù)值研究[J];推進技術;2014年03期

5 侯寬新;;渦輪葉尖間隙泄漏流動控制研究進展[J];飛航導彈;2014年01期

6 華國忠;;微型渦輪發(fā)動機的設計與應用分析[J];中國高新技術企業(yè);2014年01期

7 夏晨;黃國平;邱建;;某微型發(fā)動機軸流渦輪與向心渦輪的氣動性能及尺寸對比分析[J];航空動力學報;2011年03期

8 蔡晉;陳波;閆雪;李偉;陶華;;帶小翼肋條的渦輪葉尖泄漏流場的數(shù)值模擬[J];動力工程學報;2010年12期

9 王生武;石秀華;;渦輪葉尖壓力邊小翼肋條對泄漏流場的數(shù)值模擬[J];計算機測量與控制;2009年08期

10 毛佳妮;曹紫胤;;抑制葉頂間隙泄漏的葉輪機械葉片的流場模擬[J];熱能動力工程;2009年02期

相關博士學位論文 前1條

1 夏晨;高通流大負荷微型向心渦輪設計及試驗技術研究[D];南京航空航天大學;2012年

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1 鄧陽;高亞音微型軸流渦輪葉型設計及葉尖間隙影響研究[D];南京航空航天大學;2013年

本文編號：2649071