涡扇发动机气动流道优化设计技术研究

论文摘要

涡扇发动机气动流道优化设计技术是发动机总体综合设计技术的重要组成部分,是涡扇发动机设计的顶层技术之一。总体性能方案初步设计完成后,在没有经过迭代设计之前,发动机转子部件的强度负荷、气动负荷、尺寸与重量以及发动机的推重比等参数是未知的,最终的发动机总体性能方案又必须满足发动机的强度要求和推重比要求,因此,总体性能方案设计的迭代次数会增加,这会带来大量的关于总体性能、总体结构、发动机部件与匹配的设计工作量。因此有必要建立考虑发动机转子部件主要强度负荷限制、气动负荷限制、结构设计限制的先进涡扇发动机气动流道优化设计技术。本论文正是针对上述要求,开展了某高性能先进涡扇发动机预研项目方案论证过程中的高低压气动流道优化设计技术研究。主要内容为:1)对发动机各部件间匹配设计的基本特点和气动流道设计的基本概念进行总结,理清设计参考依据;2)详细阐述气动流道设计中使用的基本方程,确定设计基本思路;3)开展压缩部件进口级和涡轮部件出口级参数设计,进行流道和转速的初步协调设计;4)开展各部件气动流道的详细设计,完成发动机气动流道方案设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 航空涡轮发动机的发展历程
• 1.1.1 航空涡轮发动机的发展概述
• 1.1.2 航空涡轮发动机的现状
• 1.1.3 航空涡轮发动机的未来发展
• 1.2 国内现状及差距
• 1.3 本论文的选题和研究内容
• 1.3.1 选题依据
• 1.3.2 研究目标
• 1.3.3 研究内容
• 第二章 发动机气动流道设计的目的与基本原理
• 2.1 气动流道设计中的基本概念
• 2.1.1 气动方面的概念
• 2.1.2 结构方面的概念
• 2.1.3 强度方面的概念
• 2.2 发动机各部件间的基本匹配特点
• 2.2.1 低压系统和高压系统气动参数匹配特点
• 2.2.2 低压系统和高压系统气流通道匹配特点
• 2.3 发动机气动流路设计的初始目的和基本概念
• 2.3.1 流路设计的初始目的
• 2.3.2 设计状态的选取
• 2.4 小结
• 第三章 气动流道的初步设计
• 3.1 气动流道初步设计的基本方法
• 3.2 气动流道设计中的基本方程
• 3.2.1 功率平衡方程
• 3.2.2 流量连续方程
• 3.2.3 应力校核方程
• 3.2.4 几何方程
• 3.3 高压涡轮流道参数初步设计
• 3.3.1 涡轮基本工作原理
• 3.3.2 涡轮设计依据
• 3.3.3 涡轮设计应考虑的基本问题
• 3.3.4 涡轮流道设计的约束条件
• 3.3.5 涡轮平均切线速度的确定
• 3.3.6 涡轮出口流道的环面积
• 3.3.7 高压涡轮转速的确定
• 3.3.8 高压涡轮出口内外径的确定
• 3.4 高压压气机流道参数初步设计
• 3.4.1 压气机基本工作原理
• 3.4.2 压气机流道形式的确定
• 3.4.3 压气机进口环面积的确定
• 3.4.4 压气机进口内外径
• 3.5 风扇流道参数初步设计
• 3.5.1 风扇进口面积
• 3.5.2 风扇进口外径、内径
• 3.5.3 风扇转速的确定
• 3.6 低压涡轮流道参数初步设计
• 3.6.1 低压涡轮出口面积的确定
• 3.6.2 低压涡轮中径切线速度和出口内、外径的确定
• 3.7 气动流道初步设计结果及评估
• 3.7.1 气动流道初步设计结果
• 3.7.2 气动流道初步设计结果评估及调整
• 3.8 本章小结
• 第四章 气动流道的详细设计
• 4.1 风扇气动流道设计
• 4.1.1 风扇出口几何参数设计
• 4.1.2 风扇气动流道设计
• 4.1.3 风扇流道设计结果
• 4.2 中介机匣流道设计
• 4.3 高压压气机气动流道设计
• 4.4 主燃烧室气动流道设计
• 4.4.1 燃烧室的功能及技术发展
• 4.4.2 燃烧室设计参考原则
• 4.4.3 燃烧室流道设计
• 4.4.4 燃烧室流道设计结果
• 4.5 高压涡轮气动流道设计
• 4.5.1 高压涡轮热态子午流道设计
• 4.5.2 高压涡轮热态子午流道设计结果
• 4.6 低压涡轮气动流道设计
• 4.6.1 低压涡轮出口设计参数
• 4.6.2 低压涡轮方案初选
• 4.6.3 低压涡轮热态子午流道设计
• 4.7 加力燃烧室气动流道设计
• 4.7.1 加力燃烧室的现状和发展趋势
• 4.7.2 后体框架一体化加力燃烧室概念方案
• 4.7.3 燃烧段参数设计
• 4.7.4 扩压段设计
• 4.7.5 火焰稳定器设计
• 4.7.6 加力燃烧室流道设计结果
• 4.8 排气装置气动流道设计
• 4.8.1 排气装置的现状和发展趋势
• 4.8.2 喷管几何参数的设计
• 4.8.3 喷管气动流道设计结果
• 4.9 总体方案设计结果
• 4.10 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果