某微型渦噴發(fā)動機離心壓氣機氣動設(shè)計與分析.pdf

1、微型渦噴發(fā)動機具有大推重比、高轉(zhuǎn)速、尺寸緊湊以及各方面的特點，是一種具有高能量密度的推進動力設(shè)備，在大部分無人機、巡航導(dǎo)彈及各種微小型飛行器中作用日漸顯著，離心壓氣機由于具有工作范圍寬廣、零件少、可靠性高等一系列優(yōu)勢，在小、微型航空發(fā)動機中得到了廣泛的應(yīng)用。作為微型渦噴發(fā)動機的進氣提供部件，其性能直接影響發(fā)動機的工作狀態(tài)和動力性能，因此，研究離心壓氣機的設(shè)計方法和內(nèi)部流動狀態(tài)具有重要的科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值。本文以某微型渦噴發(fā)動機進氣需

2、求為設(shè)計點，對離心壓氣機的設(shè)計方法以及其性能展開了研究，主要內(nèi)容如下：
　　1.結(jié)合某微型渦噴發(fā)動機進氣需求設(shè)計了一臺壓比為3.8的離心壓氣機，引入五次Bézier曲線，以這種少控制點的方式設(shè)計了葉片傾角在前、中、后段加速增大的葉輪，通過性能曲線對比和工作點數(shù)值模擬結(jié)果得出：使用低次 Bézier曲線調(diào)整的葉片效率能夠達到0.8以上；葉片傾角后段加速的方式能夠使葉片做功呈后加載狀態(tài)，更有利于提高葉輪效率；葉片傾角加速位置能夠使葉輪

3、工作范圍向不同流量方向移動。
　　2.選取傾角后段加速的葉輪，研究了0％、2%和4%葉高葉尖間隙情況下的葉輪性能變化，研究結(jié)果表明葉尖間隙的存在會致使葉輪產(chǎn)生泄漏流動，并且會加劇二次流的影響，但是葉尖間隙的存在又能夠弱化出口射流的情況。完成了對高轉(zhuǎn)速葉輪的力學(xué)模擬和模態(tài)求解，通過變形結(jié)果對比百分比葉高型間隙和固定值間隙的輪廓曲線，表明百分比葉高的間隙選擇方法更合適；應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)葉片上最大應(yīng)力處位于葉片尾緣根部，整體葉輪最大應(yīng)力處位

4、于中心孔底部，計算應(yīng)力均在選定材料為7A09硬質(zhì)鋁合金的屈服極限之內(nèi)。
　　3.匹配相同的離心葉輪和楔形葉片，研究了無葉擴壓段出口和葉輪出口直徑比值為1.05、1.08、1.12的無葉擴壓段長度對組合流場和性能的影響，發(fā)現(xiàn)葉輪出口氣流在無葉擴壓段內(nèi)能夠明顯降速，并充分混合降低不均勻性。無葉擴壓段對葉輪內(nèi)部流動情況影響較小，對擴壓器徑向擴壓段的影響較大，主要在于高速區(qū)和高速尾流范圍得到有效抑制。
　　4.在相同葉片角的前提下，

5、研究了變輪轂面張角和變攻角兩種方式增加流動面積的五種擴壓器，分別得到了不同擴壓器下的性能曲線，對比了不同擴壓器在工作點的內(nèi)部流動狀態(tài)和不同性能參數(shù)。在整體性能方面輪轂面5°張角的擴壓器出口壓比和效率最高，內(nèi)部流動研究結(jié)果表明適當(dāng)?shù)脑龃罅魍娣e能夠提高壓比和效率，但是改變攻角的面積增大方式容易造成葉片背風(fēng)面的分離流動和渦旋的產(chǎn)生，使得效率大幅降低。增加輪轂張角的方法主要的功率損失原因在于進口增大的速度梯度帶來的損失以及在經(jīng)過轉(zhuǎn)彎段后，進入