【摘要】：隨著無(wú)人偵察機(jī)、靶機(jī)、巡航導(dǎo)彈等小型化作戰(zhàn)武器廣泛應(yīng)用,渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)作為其動(dòng)力裝置其尺寸趨于微型化,微型軸流渦輪作為發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件之一,需要具有高通流、高輸出功、高轉(zhuǎn)速、高效率等特點(diǎn)。特別是在小流量,轉(zhuǎn)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(lái)通道中雷諾數(shù)減小、氣體粘性作用增強(qiáng)、相對(duì)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(jí)沖壓渦輪為對(duì)象,開(kāi)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(dòng)控制方法的有效性及其對(duì)流場(chǎng)參數(shù)和渦輪氣動(dòng)性能的影響。主要研究結(jié)果如下:1、研究了大輪轂比微型軸流渦輪流動(dòng)特點(diǎn)。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(lái)的2.91倍,二次流損失高達(dá)5.34%;葉尖間隙泄漏損失為原來(lái)的3.6倍,泄漏損失高達(dá)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(duì)比分析了大輪轂比微型軸流渦輪轉(zhuǎn)子翼梢小翼技術(shù)。各型翼梢小翼均可降低葉尖間隙兩側(cè)壓差,但翼梢小翼對(duì)葉尖間隙分離渦、間隙泄漏流以及間隙泄漏渦的影響因結(jié)構(gòu)型式而有所不同。并重點(diǎn)探討了組合小翼寬度、間隙高度對(duì)轉(zhuǎn)子內(nèi)葉尖間隙流動(dòng)的影響。研究表明:單邊小翼和組合小翼均通過(guò)降低葉尖表面橫向壓差來(lái)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(guò)削弱泄漏渦的發(fā)展,壓力面小翼通過(guò)削弱葉尖間隙區(qū)泄漏流體的平均動(dòng)能,組合小翼通過(guò)增大葉尖表面分離渦來(lái)堵塞間隙流道及削弱泄漏流體的平均動(dòng)能,均能夠減小葉尖間隙泄漏損失和通道損失,進(jìn)而提升渦輪級(jí)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(qiáng)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(shì),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(shí)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(shí)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(jí)效率基本上無(wú)變化。3、研究了大輪轂比微型軸流渦輪轉(zhuǎn)子端壁翼刀技術(shù),分析了周向位置、高度、長(zhǎng)度對(duì)端壁二次流的影響。計(jì)算表明,周向位置為θ=3/4的端壁翼刀通過(guò)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(dòng)能系數(shù)下降17.5%;高度為1/3附面層厚度時(shí)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(lái);翼刀長(zhǎng)度為1/2軸向弦長(zhǎng),距離額線1/4軸向弦長(zhǎng)時(shí),既能夠阻礙低能流體的橫向流動(dòng),也能夠減少翼刀帶來(lái)的附加損失,其效果優(yōu)于其他長(zhǎng)度方案的翼刀�？偟膩�(lái)說(shuō),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(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)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(dòng)機(jī)，，作為飛行器的動(dòng)力裝置，被廣泛用于巡航導(dǎo)彈、空氣渦輪起動(dòng)機(jī)、AP力裝置）、微型燃?xì)廨啓C(jī)等裝備上[1]~[3]。在微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)或其他部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此高性能的渦輪是整機(jī)關(guān)鍵部件之一。與微型軸流渦輪相向心渦輪雖然出功能力強(qiáng)，負(fù)荷高，小流量下效率高、膨脹比大，但是會(huì)受到徑向尺寸重、通流能力弱等因素限制[4]~5]。多級(jí)軸流渦輪由單級(jí)渦輪組合而成，單級(jí)渦輪的氣多級(jí)渦輪整機(jī)性能有至關(guān)重要的影響，因此提高單級(jí)渦輪氣動(dòng)性能有助于提升多級(jí)渦能。針對(duì)大輪轂比微型軸流渦輪主要應(yīng)用于空氣渦輪起動(dòng)機(jī)、彈用沖壓渦輪發(fā)電機(jī)、助動(dòng)力裝置、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)，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(dòng)力裝置錯(cuò)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(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)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(dòng)機(jī)，作為飛行器的動(dòng)力裝置，被廣泛用于巡航導(dǎo)彈、空氣渦輪起動(dòng)機(jī)、AP力裝置）、微型燃?xì)廨啓C(jī)等裝備上[1]~[3]。在微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)或其他部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此高性能的渦輪是整機(jī)關(guān)鍵部件之一。與微型軸流渦輪相向心渦輪雖然出功能力強(qiáng)，負(fù)荷高，小流量下效率高、膨脹比大，但是會(huì)受到徑向尺寸重、通流能力弱等因素限制[4]~5]。多級(jí)軸流渦輪由單級(jí)渦輪組合而成，單級(jí)渦輪的氣多級(jí)渦輪整機(jī)性能有至關(guān)重要的影響，因此提高單級(jí)渦輪氣動(dòng)性能有助于提升多級(jí)渦能。針對(duì)大輪轂比微型軸流渦輪主要應(yīng)用于空氣渦輪起動(dòng)機(jī)、彈用沖壓渦輪發(fā)電機(jī)、助動(dòng)力裝置、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)，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(dòng)力裝置錯(cuò)誤!未找到引用源。。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V235.1;TJ760.33

【參考文獻(xiàn)】

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2 謝婕;夏晨;張遠(yuǎn)森;李傳鵬;;低展弦比微型軸流渦輪彎葉片設(shè)計(jì)[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2015年01期

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本文編號(hào)：2649071