高亞音微型軸流渦輪葉型設(shè)計(jì)及葉尖間隙影響研究.pdf

1、微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可滿足未來微型飛行器對(duì)高能量存儲(chǔ)密度、高功率推質(zhì)比動(dòng)力裝置的需求，提高了飛行航程及有效載重。微型軸流渦輪作為其主要核心部件，高通流能力及輕質(zhì)量能夠有效提高其推質(zhì)比，因此得到了廣泛應(yīng)用。目前，對(duì)微型軸流渦輪的研究并沒有形成一套完整的體系，其設(shè)計(jì)理論仍參照常規(guī)尺度渦輪，故開展微型軸流渦輪流動(dòng)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)技術(shù)的研究對(duì)提高渦輪級(jí)及整機(jī)性能均具有重大意義。本文基于MTE-D微發(fā)原理樣機(jī)，采用數(shù)值模擬的手段開展了微型軸流渦輪流動(dòng)特點(diǎn)及其

2、設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，并通過整機(jī)試車試驗(yàn)驗(yàn)證了本文研究所獲得的微型軸流渦輪的技術(shù)成效。主要工作有：
　　1、開展了厘米級(jí)微型軸流渦輪流動(dòng)特點(diǎn)的研究，分析了尺寸效應(yīng)對(duì)渦輪性能、流場結(jié)構(gòu)、損失構(gòu)成的影響。研究發(fā)現(xiàn)，微型軸流渦輪由于尺寸小、轉(zhuǎn)速高、葉片短，附面層厚，造成粘性損失增大，近輪轂、機(jī)匣處的橫向二次流及葉表徑向二次流動(dòng)增強(qiáng)，二次流損失顯著增加，導(dǎo)向器和轉(zhuǎn)子的損失分別相對(duì)增加了31％、12%。
　　2、開展了厘米級(jí)微型軸流渦輪稠度

3、影響的研究，分析了不同稠度下導(dǎo)向器及轉(zhuǎn)子的性能、流場結(jié)構(gòu)、損失的變化規(guī)律。研究表明，針對(duì)高亞音厘米級(jí)微型軸流渦輪，導(dǎo)向器較佳稠度范圍為1.0~1.3，小于常規(guī)軸流渦輪導(dǎo)向器稠度的選取范圍，轉(zhuǎn)子較佳稠度范圍為1.4~1.7。
　　3、基于MTE-D微型發(fā)動(dòng)機(jī)原理樣機(jī)開展了高亞音微型軸流渦輪葉型設(shè)計(jì)研究，確定了適用于微型軸流渦輪的導(dǎo)向器葉片出口扭曲規(guī)律，優(yōu)選了轉(zhuǎn)子葉片角分布規(guī)律和軸向?qū)挾?。同時(shí)完成了MTE-D原理樣機(jī)的直徑78.4mm

4、高亞音微型軸流渦輪的方案設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)點(diǎn)性能為：落壓比2.12，流量0.358kg/s，效率0.883，單位輪周功203.7kJ/kg。
　　4、開展了高亞音厘米級(jí)微型軸流渦輪的流動(dòng)特點(diǎn)及間隙尺寸對(duì)其性能影響的研究，分析了間隙尺寸對(duì)泄漏損失、泄漏渦的形成位置、運(yùn)動(dòng)軌跡、轉(zhuǎn)子流場結(jié)構(gòu)的影響，確定了間隙尺寸對(duì)高亞音微型軸流渦輪性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，間隙尺寸每增加葉高的1%，微型軸流渦輪效率最多下降1.9%，高于常規(guī)軸流渦輪。