【摘要】：平流層飛艇平臺廣闊的應(yīng)用前景吸引了世界越來越多的關(guān)注。飛艇長期駐留在平流層時(shí),會(huì)反復(fù)經(jīng)歷晝夜變化,白天溫度升高時(shí)需要利用高空壓縮機(jī)構(gòu)將主氣囊內(nèi)適量的氦氣壓縮至超壓氦氣囊中,實(shí)現(xiàn)對艇囊內(nèi)外的壓差調(diào)節(jié)。平流層氦氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)飛艇長期駐留高空的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文依據(jù)飛艇定點(diǎn)停留時(shí)壓縮機(jī)入口的設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)指標(biāo),對平流層氦氣壓縮機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與性能研究。首先介紹了壓縮機(jī)的主要分類和設(shè)計(jì)方案的選定,通過編寫C++程序,對設(shè)計(jì)壓縮機(jī)進(jìn)行熱力計(jì)算,最終確定了設(shè)計(jì)采用雙級離心壓縮機(jī)。根據(jù)熱力計(jì)算得到壓縮機(jī)各截面上的氣動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù),采用BladeGen軟件進(jìn)行葉片造型,利用UG完成各部件的三維建模。葉輪作為壓縮機(jī)的主要部件,需要對其進(jìn)行流動(dòng)特性分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。本文利用ANSYS-CFX對葉輪進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明葉輪的流場和壓力場分布合理,初步滿足設(shè)計(jì)要求;文中運(yùn)用Workbench平臺中的Static Structural模塊對葉輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力分析,運(yùn)用Modal模塊對葉輪進(jìn)行了模態(tài)分析,結(jié)果表明葉輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。
【圖文】：

背景氣靜力學(xué)，傳統(tǒng)軟式氦氣飛艇的壓力調(diào)節(jié)一般是由主氣囊（氦氣）及副氣旨是保持艇囊內(nèi)外壓力平衡，維持飛艇艇囊的形狀。飛艇依靠氦氣與空靜升力，依靠副氣囊充放空氣實(shí)現(xiàn)升降。飛艇升空前，主氣囊充滿氦氣飛艇上升過程中，，副氣囊的排氣閥自動(dòng)打開，隨著大氣壓力下降，氦氣副氣囊將空氣放出，維持囊體外形基本不變。當(dāng)副氣囊中空氣排空時(shí)，，如果繼續(xù)往上升，艇囊會(huì)脹破。此時(shí)可以利用風(fēng)機(jī)等機(jī)構(gòu)向副氣囊中受力平衡，并且停留在此極限高度。如果飛艇需要下降，則需要向副氣加飛艇重量，或者釋放一定量的氦氣減小升力。假設(shè)傳統(tǒng)飛艇可以長期歷晝夜溫差變化，只能通過不斷向副氣囊充放空氣實(shí)現(xiàn)，然而，平流層程中，空氣中的水蒸氣極易凝結(jié)在閥門處，所以傳統(tǒng)的調(diào)壓機(jī)制無法實(shí)駐留。飛艇新型調(diào)壓系統(tǒng)包含三個(gè)氣囊：主氣囊、副氣囊和超壓氦氣囊，以及入超壓氦氣囊的壓縮機(jī)，系統(tǒng)如圖 2.1 所示。

（1） 高度 h=20000m ；（2） 溫度 T=216.65K；（3） 進(jìn)出口壓差 ΔP=7000Pa；（4） 氦氣流量 G=0.308m3/s（0.00342kg/s）；2.3.3 壓縮機(jī)增壓比確定在平流層（11km<h<20km），大氣壓力隨高度計(jì)算公式：P=22631.8 exp [-（h-11000）/6340] （2.1）取氣囊工作壓差為 500Pa，則進(jìn)口壓力 P=(5.473+0.05)≈5.53 kPa；增壓比 π=（ΔP+P）/P≈2.16 （2.2）2.4 壓縮機(jī)分類及對比壓縮機(jī)是一種將氣體壓縮同時(shí)提升氣體壓力的機(jī)械[40]，其廣泛應(yīng)用在暖通空調(diào)、冷凍循環(huán)、供工業(yè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力、石油化工、天然氣輸送等多種領(lǐng)域。按照壓縮氣體的原理不同，壓縮機(jī)通分為容積型和速度型兩大類，如圖 2.2 所示：
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V274

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 許志鵬;沈偉;于復(fù)磊;;基于Vista CCD的高增壓比離心壓氣機(jī)設(shè)計(jì)和性能計(jì)算[J];科技資訊;2015年16期

2 尹君馳;李新;賈明印;;基于ANSYS Workbench的壓縮機(jī)葉輪模態(tài)分析[J];當(dāng)代化工;2013年07期

3 王蓮英;楊柳;張功學(xué);馬翔;;平流層飛艇的關(guān)鍵技術(shù)探討[J];飛航導(dǎo)彈;2013年07期

4 麻彥;吳建華;;基于CFX的離心泵內(nèi)部流場三維數(shù)值模擬[J];山西水利科技;2013年02期

5 關(guān)振群;宋洋;楊樹華;劉萬青;呂軍;王鄢;程耿東;;離心壓縮機(jī)葉輪靜強(qiáng)度分析方法[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

6 嚴(yán)天宏;梁嘉麟;李青;;壓縮機(jī)的現(xiàn)狀、發(fā)展及新型技術(shù)展望[J];壓縮機(jī)技術(shù);2011年01期

7 何琳琳;;平流層飛艇關(guān)鍵技術(shù)與自主控制技術(shù)研究[J];航空科學(xué)技術(shù);2010年01期

8 朱明正;袁衛(wèi)星;花嚴(yán)紅;;基于CFX軟件設(shè)計(jì)離心壓縮機(jī)三元葉輪[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);2009年06期

9 吳海燕;張朝磊;黃淑娟;;半開式離心壓縮機(jī)葉輪葉片單向流固耦合分析[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);2009年04期

10 王松濤;杜鑫;陳瑩;徐立民;馬勝遠(yuǎn);;高負(fù)荷氦氣壓氣機(jī)的氣體流動(dòng)特點(diǎn)與改型設(shè)計(jì)[J];核動(dòng)力工程;2009年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 傅劍;施錦;丁懷況;姜春;藤健;;氦氣純化設(shè)備在系留飛艇中的應(yīng)用[A];第九屆全國低溫工程大會(huì)論文集[C];2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 黃金芷;半開式葉輪離心壓縮機(jī)氣動(dòng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

2 梁奇;壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)多級離心壓縮機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)與分析[D];中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2014年

3 付建國;多級離心泵流固耦合動(dòng)力特性分析[D];揚(yáng)州大學(xué);2014年

4 韓山河;渦輪增壓器壓氣機(jī)流場分析與強(qiáng)度振動(dòng)研究[D];重慶交通大學(xué);2013年

5 汪杰;基于UG的壓氣機(jī)葉輪造型系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D];南京理工大學(xué);2013年

6 王磊;壓縮機(jī)多級葉輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的靜動(dòng)強(qiáng)度及氣動(dòng)載荷研究[D];東北大學(xué);2012年

7 張輝;多級離心壓氣機(jī)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)及其在雙級離心壓氣機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用示范[D];中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2008年

8 杜志永;大型離心壓縮機(jī)密封技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2003年

本文編號：2704121