本文關鍵詞：用于螺旋槳動力橫擬的空氣馬達關鍵技術研究

  更多相關文章： 風洞試驗 多級軸流渦輪 優(yōu)化設計 螺旋槳動力模擬 轉(zhuǎn)子動力學

【摘要】：空氣馬達是一種用于螺旋槳動力模擬的新型動力模擬器,由壓縮空氣驅(qū)動,將高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機械能,帶動螺旋槳模型進行動力模擬風洞試驗,其特點是小體積,大功率,核心機為多級軸流渦輪。本文針對AEF 0228A型空氣馬達進行了相關的關鍵技術研究。主要工作如下:首先,概述了螺旋槳動力模擬的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,闡述了使用空氣馬達進行螺旋槳動力模擬的優(yōu)點和必要性,指出了空氣馬達研究中的若干關鍵技術,闡明本文的主要工作。在第二章中,以AEF 0228A型空氣馬達的核心機為模型,進行多級軸流渦輪的氣動性能評估技術研究。采用數(shù)值計算方法對其性能進行評估,計算結果與試驗結果吻合良好,其誤差在5%以內(nèi),校檢了該計算方法。對渦輪流場進行分析,發(fā)現(xiàn)第一級渦輪級效率僅為50.9%且葉柵通道內(nèi)的流場分布不合理,故選定第一級動葉為研究對象,以提高級效率為優(yōu)化目標,進行渦輪氣動優(yōu)化設計技術的研究。在第三章和第四章中,進行了多級軸流渦輪氣動優(yōu)化技術的研究。在第三章中,對原型渦輪進行參數(shù)化擬合,并將參數(shù)化葉型與原型葉型進行性能對比,其效率誤差為0.1%,驗證了參數(shù)化的方法。在擬合得到的參數(shù)中選定安裝角、入口角與葉型三組參數(shù)進行優(yōu)化變量的預研,通過大量計算結果建立數(shù)據(jù)庫,總結出各葉型參數(shù)與其性能的關系,并由此選定優(yōu)化變量。利用第三章選出的優(yōu)化變量,在第四章中,進行了基于進化算法的優(yōu)化設計。比較了不同目標函數(shù)對優(yōu)化結果的影響,選定了以效率罰函數(shù)權重為最大、安裝角與葉型聯(lián)合優(yōu)化的結果作為優(yōu)化結果。將優(yōu)化結果與原型渦輪進行性能對比,前者的第一級渦輪級效率由50.9%提高至60.5%,總體效率由52.9%提高至55.3%,總體功率由209.2kW提高至218.57kW。在第五章中,以AEF 0228A型空氣馬達為研究對象,進行了運轉(zhuǎn)安全性評估技術的研究。利用轉(zhuǎn)子動力學分析方法,通過對兩組常用負載情況進行模態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)負載情況二的一階臨界轉(zhuǎn)速在空氣馬達的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),使其在運轉(zhuǎn)時存在共振風險。而后評估了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對于不平衡量的穩(wěn)態(tài)響應,結果表明,在動平衡精度等級G6.3下,系統(tǒng)對于最大許用不平衡量的響應是安全的。
【關鍵詞】：風洞試驗 多級軸流渦輪 優(yōu)化設計 螺旋槳動力模擬 轉(zhuǎn)子動力學
【學位授予單位】：中國空氣動力研究與發(fā)展中心
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V211.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 引言10-18
• 1.1 論文的研究背景與意義10-14
• 1.1.1 螺旋槳動力模擬能力國內(nèi)外現(xiàn)狀10-12
• 1.1.2 空氣馬達的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2 關鍵技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 渦輪的氣動優(yōu)化方法及發(fā)展14-15
• 1.2.2 轉(zhuǎn)子動力學分析方法及發(fā)展15-16
• 1.3 本文主要工作16-18
• 第二章 多級軸流渦輪性能評估18-34
• 2.1 現(xiàn)有渦輪參數(shù)及試驗方法18-20
• 2.1.1 現(xiàn)有渦輪參數(shù)18
• 2.1.2 試驗方法18-19
• 2.1.3 試驗結果19-20
• 2.2 數(shù)值模擬方法20-22
• 2.2.1 網(wǎng)格的劃分20-21
• 2.2.2 計算設置21-22
• 2.2.3 收斂標準22
• 2.3 數(shù)值模擬結果與試驗結果對比驗證22-24
• 2.4 渦輪流場分析24-33
• 2.4.1 一維流場分布26
• 2.4.2 二維流場分布26-30
• 2.4.3 三維流場分布30-33
• 2.5 小結33-34
• 第三章 葉型參數(shù)化及優(yōu)化變量預研34-53
• 3.1 葉型參數(shù)化方法34-38
• 3.1.1 常用曲線34-35
• 3.1.2 葉型參數(shù)化擬合35-38
• 3.1.3 參數(shù)化葉型性能校核38
• 3.2 安裝角的變化對渦輪性能的影響38-43
• 3.2.1 一維流場分析40-41
• 3.2.2 二維流場分析41-43
• 3.2.3 各級效率分析43
• 3.3 進口角變化對渦輪性能的影響43-47
• 3.3.1 一維流場分析44-45
• 3.3.2 二維流場分析45-47
• 3.3.3 各級效率分析47
• 3.4 葉型曲線變化對渦輪性能的影響47-52
• 3.4.1 一維流場分析48-49
• 3.4.2 二維流場分析49-51
• 3.4.3 各級效率分析51-52
• 3.5 小結52-53
• 第四章 多級軸流渦輪氣動優(yōu)化設計技術53-73
• 4.1 優(yōu)化方法基礎53-56
• 4.1.1 優(yōu)化理論53-54
• 4.1.2 優(yōu)化流程54-55
• 4.1.3 目標函數(shù)55-56
• 4.2 安裝角與葉型曲線聯(lián)合優(yōu)化結果56-60
• 4.2.1 一維流場分析57
• 4.2.2 二維流場分析57-59
• 4.2.3 各級效率分析59-60
• 4.3 進口角與葉型曲線聯(lián)合優(yōu)化結果60-64
• 4.3.1 一維流場分析61
• 4.3.2 二維流場分析61-63
• 4.3.3 各級效率分析63-64
• 4.4 優(yōu)化結果與原型渦輪對比驗證64-72
• 4.4.1 一維流場分析65-66
• 4.4.2 二維流場分析66-70
• 4.4.3 三維流場分析70-72
• 4.5 小結72-73
• 第五章 空氣馬達運轉(zhuǎn)安全性評估73-90
• 5.1 轉(zhuǎn)子動力學分析基礎73-74
• 5.2 模態(tài)分析74-86
• 5.2.1 計算設置74-78
• 5.2.2 負載一狀態(tài)下的模態(tài)分析78-82
• 5.2.3 負載二狀態(tài)下的模態(tài)分析82-86
• 5.3 穩(wěn)態(tài)響應分析86-89
• 5.4 小結89-90
• 第六章 研究工作總結及展望90-92
• 6.1 本文的主要工作內(nèi)容及研究總結90-91
• 6.2 進一步的工作91-92
• 參考文獻92-94
• 致謝94-95
• 在攻讀碩士學位期間的研究成果及發(fā)表的學術論文95

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1 黑下清志;市川常雄;日比昭;賈繼p，

本文編號：824959