本文關(guān)鍵詞： 沖壓渦輪 渦輪發(fā)電 總體設計 微型渦輪 數(shù)值模擬 試驗研究 子午流道　出處：《南京航空航天大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：近年來超聲速飛行器在國防軍事領(lǐng)域的地位逐漸升高,對其進行的研究也越來越受到重視。沖壓渦輪發(fā)電系統(tǒng)由于重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、綜合效能高等優(yōu)點,成為為超聲速飛行器機載設備提供電功率的最佳選擇。本文采用數(shù)值模擬與試驗手段相結(jié)合的方法進行了系統(tǒng)設計及核心部件優(yōu)化等研究。主要內(nèi)容如下:1、本文首先完成系統(tǒng)的總體方案與總體結(jié)構(gòu)設計。然后詳細闡述主要部件的設計過程,包括發(fā)電機的磁路結(jié)構(gòu)、冷卻潤滑裝置和主要氣動部件,其中在氣動部件設計中要考慮各部件之間的匹配。設計的冷卻潤滑裝置高效地解決了發(fā)電機的散熱以及軸承的潤滑問題;設計的扇形節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)精度高、響應時間短、工作安全可靠。2、采用CFD方法對各氣動部件進行數(shù)值模擬計算,分析部件的流場情況,得到各部件的工作特性。然后將渦輪與蝸殼進行CFD聯(lián)算,研究兩者的匹配特性;進行渦輪與扇形節(jié)流裝置的數(shù)值模擬聯(lián)算,為控制策略的選擇提供參考。此外還針對扇形節(jié)流裝置進行特定試驗,并與數(shù)值模擬結(jié)果相對比,驗證了數(shù)值模擬的準確性。3、對沖壓渦輪發(fā)電系統(tǒng)進行冷態(tài)整機試驗。搭建專門的試驗臺架,制定詳備的試驗和測量方案,檢測系統(tǒng)的振動情況。試驗得到系統(tǒng)在低負載狀態(tài)下的工作特性,驗證了部件的結(jié)構(gòu)強度。4、對渦輪進行優(yōu)化研究。在渦輪出口面積不變的情況下,分析了渦輪轉(zhuǎn)子子午面上下端壁的擴張角組合變化對渦輪性能的影響,結(jié)果表明,不同的上下端壁擴張角對渦輪導向器進出口的靜壓分布、導向器喉道處的Ma分布、轉(zhuǎn)子的進氣角以及設計點渦輪出口的激波強度都有一定的影響,且存在一個最佳的上下端壁擴張角的組合使渦輪在設計點及非設計點的性能得到提高,在設計點,最優(yōu)組合比最差組合等熵效率提高0.7%,功率提高0.465kW。
[Abstract]:In recent years, the status of supersonic vehicle in the field of national defense and military has gradually increased, and the research on it has been paid more and more attention. The ramjet turbine power generation system has the advantages of light weight, simple structure, high comprehensive efficiency and so on. It has become the best choice to provide electric power for supersonic aircraft airborne equipment. The system design and core components optimization are studied by the method of numerical simulation and test. The main contents are as follows: 1, this paper. First, the overall scheme and structure design of the system are completed. Then, the design process of the main components is described in detail. Including generator magnetic circuit structure, cooling lubrication device and main pneumatic components, In the design of pneumatic components, the matching of each component should be considered. The cooling and lubricating device designed can efficiently solve the problems of heat dissipation of generator and lubrication of bearings, and the designed fan throttling device has compact structure and high adjusting precision. The response time is short, the work is safe and reliable. 2. The CFD method is used to simulate and calculate the aerodynamic components, the flow field of the components is analyzed, and the working characteristics of the components are obtained. Then the turbine and the volute are combined with CFD. The matching characteristics of the two are studied, and the numerical simulation of turbine and sector throttle is carried out to provide a reference for the selection of control strategy. In addition, a specific experiment is carried out for the sector throttle, and the results are compared with the results of numerical simulation. The veracity of numerical simulation is verified. 3. The cold test of punching turbine power generation system is carried out. A special test bench is built, and a detailed test and measurement scheme is established. The vibration of the system is detected. The working characteristics of the system under low load are obtained, and the structural strength of the components is verified. 4. The optimization study of the turbine is carried out. When the turbine outlet area is constant, The influence of the expansion angle combination of the upper and lower end wall of the turbine rotor on the turbine performance is analyzed. The results show that the static pressure distribution at the inlet and outlet of the turbine guide and the Ma distribution at the throat of the turbine guide are affected by the expansion angles of the upper and lower end walls of the turbine rotor. The inlet angle of the rotor and the shock intensity at the outlet of the design point have a certain influence, and the performance of the turbine at the design point and non-design point can be improved by the combination of an optimal expansion angle of the upper and lower end wall. Compared with the worst combination, the optimal combination increases the Isentropic efficiency by 0.7 and the power by 0.465kW.
【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】：V242

【參考文獻】

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本文編號：1509760