带有超高负荷跨音速涡轮级的对转涡轮低压级设计与分析

论文摘要

作为航空发动机关键部件之一,涡轮技术的发展有两种趋势：其一是提高涡轮前温度,其二是增加涡轮负荷,减少涡轮叶片排排数。采用超高负荷涡轮技术是提高涡轮负荷的有效途径,而使用对转涡轮技术可以显著的提高推重比,提升航空发动机性能。鉴于超高负荷跨音速涡轮在未来航空发动机研制中的重要性和先进性,同时对转涡轮技术已成为涡轮技术的发展方向,可以将超高负荷涡轮技术与对转涡轮技术进行有效结合,设计出带有超高负荷涡轮级的对转涡轮。为了研究带有超高负荷涡轮级的对转涡轮的流动特性,本文开展了带有超高负荷高压级的1+1/2对转涡轮低压级设计与研究工作。首先对超高负荷涡轮进行特性分析,提出了对转涡轮低压级的设计目标,并进行了1+1/2对转涡轮低压级的详细设计。本文对所设计的1+1/2对转涡轮设计工况与非设计工况下的流动特性进行了研究,研究结果表明该1+1/2对转涡轮的低压级基本满足设计要求。本文还分析了叶顶间隙对1+1/2对转涡轮性能的影响,数值分析的结果表明叶顶泄漏流动会对整个叶片出口流场产生较大的影响,尤其是近叶顶区影响更为明显,随着叶顶间隙尺寸的增加,高压级和低压级的功率、效率皆降低,高压级的落压比有所增加,而低压级落压比却呈下降趋势。最后,本文分析了轴向间距对1+1/2对转涡轮性能的影响,分析认为适当增加高低压级轴向间距可以减少高压动叶对低压动叶的干扰,进而能够提升1+1/2对转涡轮的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 超高负荷涡轮技术发展现状
• 1.2.2 对转涡轮技术研究进展
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 对转涡轮的设计方法
• 2.1 引言
• 2.2 气动设计体系
• 2.3 基本参数设计
• 2.3.1 涡轮基元级气动计算
• 2.3.2 基本参数设计
• 2.4 对转方案选取
• 2.5 通流计算
• 2.5.1 求解的流函数方程
• 2.5.2 差分方程及迭代格式
• 2.5.3 边界条件
• 2.5.4 计算结果输出
• 2.6 叶片造型设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 数值计算方法
• 3.1 引言
• 3.2 控制方程及算法
• 3.2.1 基本方程
• 3.2.2 控制方程的空间离散
• 3.2.3 控制方程的时间离散
• 3.2.4 湍流模型
• 3.2.5 初始条件和边界条件
• 3.3 网格生成技术
• 3.4 程序校验
• 3.5 本章小结
• 第4章 对转涡轮低压级设计
• 4.1 引言
• 4.2 超高负荷高压级涡轮特性
• 4.3 对转涡轮的设计目标
• 4.4 对转方案的初步选取
• 4.5 1+1/2对转涡轮低压级详细设计
• 4.5.1 1+1/2对转方案的设计困难与解决途径的探讨
• 4.5.2 气动参数设计和几何设计
• 4.5.3 通流设计
• 4.5.4 叶片造型设计
• 4.5.5 叶片造型结果初步检验
• 4.6 本章小结
• 第5章 1+1/2对转涡轮特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 设计工况下1+1/2对转涡轮定常流动特性分析
• 5.3 1+1/2对转涡轮变工况性能分析
• 5.4 动叶叶顶间隙对1+1/2对转涡轮性能的影响
• 5.5 轴向间距对1+1/2对转涡轮性能的影响
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及获奖情况
• 致谢