低污染民用航空發(fā)動機(jī)徑向間隙計算程序開發(fā).pdf

1、葉尖間隙主動控制技術(shù)能提高對航空發(fā)動機(jī)高壓/低壓渦輪效率、減少發(fā)動機(jī)耗油率，有效減少污染物排放，是當(dāng)今和未來高性能低污染民用航空發(fā)動機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，而徑向間隙預(yù)估程序是葉尖間隙主動技術(shù)研究和應(yīng)用中最基礎(chǔ)的核心。
　　本文首先分析了影響葉尖徑向間隙的可能因素，確定了葉尖徑向間隙的基本計算流程。針對高/低壓渦輪不同部件的結(jié)構(gòu)特征和工作狀態(tài)，分別基于一維工程方法和二維有限元方法，確立了各部件溫度和變形計算模型，編寫了間隙預(yù)估代碼，

2、實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)和過渡態(tài)葉尖徑向間隙的計算，并同Ansys計算結(jié)果進(jìn)行了比對，兩者誤差小于5％。利用建立的間隙計算程序，針對某高壓渦輪部件研究了典型飛行循環(huán)下，應(yīng)用主動間隙控制技術(shù)對徑向間隙變化規(guī)律的影響規(guī)律。計算中發(fā)現(xiàn)，由于輪盤熱容大，存在一定的溫度響應(yīng)時間，使得其熱變形明顯滯后于離心載荷變形。應(yīng)用主動間隙控制系統(tǒng)后，巡航階段葉尖徑向間隙明顯減小，基本能控制在0.75mm以內(nèi)。隨后本文還利用該計算程序，就某低壓渦輪驗證模型開展了間隙主動控制

3、系統(tǒng)方案初步設(shè)計，分別通過調(diào)整冷卻空氣溫度、沖擊換熱效果兩種方法，實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的間隙控制目標(biāo)。在間隙分析和方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了某高壓渦輪葉尖間隙主動控制方案的模型驗證試驗。試驗中通過改變集氣腔進(jìn)氣流量，研究了不同實(shí)驗工況下機(jī)匣溫度分布規(guī)律，獲得了機(jī)匣徑向變形量及其在周向和軸向上的分布規(guī)律。研究中發(fā)現(xiàn)冷卻空氣管的多孔沖擊射流可以有效改變機(jī)匣溫度，并達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)匣變形的最終目的。隨著冷卻孔平均出口雷諾數(shù)的增加，機(jī)匣的熱響應(yīng)時間減小，機(jī)匣的收

4、縮速率明顯增加，但該增加幅度隨著雷諾數(shù)的增加而逐步減弱。實(shí)驗結(jié)果表明：機(jī)匣徑向冷卻收縮量基本均勻。由于冷卻空氣管周向流量分配不均勻，使其周向上最大相對偏差為8.75%。同時冷卻空氣管結(jié)構(gòu)和供氣量差異會導(dǎo)致機(jī)匣軸向溫度分布不均勻，在該實(shí)驗工況中，機(jī)匣徑向冷卻收縮量在軸向上最大的相對偏差為6.99%。通過實(shí)驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果比對，進(jìn)一步驗證了本文建立的葉尖徑向間隙計算程序的精度和計算可靠性。最后概要性地研究了間隙主動控制技術(shù)對民用航空發(fā)動機(jī)污