未來航空武器平臺將朝著全空域、寬速域、超機動等方向發(fā)展,這就要求動力系統(tǒng)能夠在較寬的范圍內(nèi)維持部分負(fù)荷下的穩(wěn)定高效運行。變幾何渦輪技術(shù)即是支撐動力系統(tǒng)實現(xiàn)寬范圍變負(fù)荷運行的關(guān)鍵之一。變幾何渦輪常見的一種技術(shù)措施是采用導(dǎo)葉調(diào)節(jié)機構(gòu)控制渦輪導(dǎo)向器的喉道面積,進而控制流量以適應(yīng)發(fā)動機的工況變化。為了確保導(dǎo)向器葉片在一定范圍內(nèi)角度連續(xù)可調(diào),需要在葉片的上下端壁區(qū)域預(yù)留適當(dāng)?shù)拈g隙,這將引發(fā)葉尖泄漏流動及其與端區(qū)二次流的相互作用,不但導(dǎo)致流場結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,還將引起額外的流動損失。此外導(dǎo)葉調(diào)節(jié)機構(gòu)在葉頂間隙內(nèi)將引發(fā)泄漏流動的擾流,進一步增加了上述問題的復(fù)雜性。因此研究變幾何渦輪的流動機理,掌握損失規(guī)律,對變幾何渦輪技術(shù)的進一步發(fā)展具有重要意義。本文首先開展了某型發(fā)動機帶可調(diào)導(dǎo)葉的渦輪扇形葉柵試驗研究。采用UG軟件進行了扇形葉柵試驗件的設(shè)計,為了便于控制進口導(dǎo)葉的角度,本文采用連桿結(jié)構(gòu)并配合刻度盤進行導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上,完成了試驗葉柵氣動參數(shù)采集方案的設(shè)計。在氣動試驗研究中,本文具體開展了不同攻角方案（7°、-3°、-7°）和不同的等熵出口馬赫數(shù)（0.65、0.75、0.85）下的流場參數(shù)測量,重點... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

WR-21變幾何渦輪結(jié)構(gòu)[14]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-9-集裝箱船的航行燃料消耗，研究結(jié)果表明，采用雙軸燃?xì)廨啓C和VAN控制的聯(lián)合循環(huán)是一種有前途的替代方案。對于通常以較高平均等級航行的船舶，如油輪和運輸船，具有VGV控制的單軸燃?xì)廨啓C配置的聯(lián)合循環(huán)被認(rèn)為是同樣好的選擇。圖1-2相對燃?xì)廨啓C熱效率與燃?xì)廨啓C負(fù)荷的關(guān)系[16]Vlaskos[20]對具有可變幾何形狀（VTG）的新型ABBTPL65渦輪增壓器的主要性能特點進行了研究，對TPL65-VTG渦輪增壓器在大范圍的流量下進行了性能測量。渦輪效率比具有固定幾何形狀的TPL65渦輪駁船低至多3%。這些損失是由于密封空氣和可變渦輪幾何形狀中的固有間隙造成的。噴嘴葉片關(guān)閉得越多，損失就越大�？偟膩碚f，低水平的損失表明了這個概念的合理性和有效性。此外，在中速柴油發(fā)動機上對TPL65-VTG進行的部分負(fù)荷測試結(jié)果表明，采用VTG發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)比起標(biāo)準(zhǔn)渦輪增壓系統(tǒng)能明顯地減少燃油消耗，并在整個發(fā)動機工作范圍內(nèi)提高了截留過量空氣比。后者意味著這可以有效地降低船用發(fā)動機的典型熱負(fù)荷，同時將碳煙排放保持在非常低的水平。這表明，裝有VTG發(fā)動機有望在潛在的無煙瞬態(tài)發(fā)動機運行情況下實現(xiàn)非常大的發(fā)動機加速。1.3.2國內(nèi)研究進展國內(nèi)的變幾何渦輪方面研究較國外起步較晚，大約上世紀(jì)90年代，國內(nèi)的專家學(xué)者們陸續(xù)開始注意到變幾何渦輪結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用。最開始國內(nèi)的專家學(xué)者同樣地將眼光放在了軍用戰(zhàn)斗機和航天領(lǐng)域，因為它們都必須要在寬廣的馬赫數(shù)和高度范圍內(nèi)飛行，所以就提出必須要使發(fā)動機在適應(yīng)這些變化狀態(tài)的同時依然能夠保持良好的性能，這就要求發(fā)動機內(nèi)部靈活調(diào)節(jié)。通過使用以變幾何渦輪為核心部件的變循環(huán)發(fā)動機，來控制發(fā)動機的流量即推力，從而調(diào)節(jié)發(fā)動機的工作點，以達(dá)到適應(yīng)飛行變化的目的[

浠?６雜謐雜晌新值枷蛞鍍?的上游級，離它們越遠(yuǎn)，它們受到的影響越校許晶瑩等人[28]研究了渦輪變幾何對渦輪整體性能的影響，分析了低壓渦輪葉片的載荷狀態(tài)，獲得了葉片高度的20%、50%和80%處的無量綱靜壓分布如圖1-4。能夠看出，雖然高壓導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)角度不同，但低壓渦輪葉片表面的靜壓分布也基本上是趨于一致�？烧{(diào)導(dǎo)葉的旋轉(zhuǎn)角度改變時，低壓渦輪葉片排表面靜壓分布的明顯差異主要體現(xiàn)在葉片前緣的某一葉片高度上。這主要歸因于可調(diào)導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)時的葉片進口角度變化影響了前緣的靜壓分布。a)20%葉高b)50%葉高c)80%葉高圖1-4不同導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)角度下的導(dǎo)葉表面靜壓分布[28]劉順隆等人[29]對某型具有可調(diào)導(dǎo)葉設(shè)計的船用燃?xì)廨啓C變幾何動力渦輪進行了全流場的三維粘性數(shù)值模擬。圖1-5顯示了在設(shè)計轉(zhuǎn)速、壓比工況下，不同的導(dǎo)葉轉(zhuǎn)角引起的動葉中部S1流面的流線變化。可以看出，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角逐漸減小時，動葉片就會逐漸以相對較大的正攻角運行；當(dāng)旋轉(zhuǎn)角逐漸增大時，動葉片就會逐漸以大的負(fù)攻角運行。而不管大的正攻角或大的負(fù)攻角，該角度都會導(dǎo)致動葉流道的分離�？烧{(diào)導(dǎo)葉級動葉柵如果在較大的正攻角下工作，就會在葉柵的吸力面上形成大范圍的渦流區(qū)；在大負(fù)攻角下工作時，又會在壓力面上形成大渦區(qū)。相比之下，正攻角下的流動分離強度尺度明顯很大，但隨著負(fù)攻角的增大，其壓力前緣也將經(jīng)歷封閉分離并逐漸增大；這是因為氣流來不及被慣性轉(zhuǎn)動，而是分別被吸力面或壓力面的分支氣流擠壓，導(dǎo)致葉片靠近壁面的主流方向發(fā)生很大的變化和加速，于是葉柵的頭部發(fā)生分離。這會嚴(yán)重降低葉柵的氣動性能。因此，可調(diào)導(dǎo)葉角度的確定及其級間的匹配對變幾何動力渦輪的氣動設(shè)計是十分重要的。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]變幾何渦輪氣動性能研究[D]. 譚善文.哈爾濱工程大學(xué) 2014
[2]變幾何渦輪性能研究[D]. 宋萬強.哈爾濱工程大學(xué) 2011



本文編號：3091273