某微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)離心壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)具有大推重比、高轉(zhuǎn)速、尺寸緊湊以及各方面的特點(diǎn)，是一種具有高能量密度的推進(jìn)動(dòng)力設(shè)備，在大部分無人機(jī)、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(jī)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(dòng)機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。作為微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣提供部件，其性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和動(dòng)力性能，因此，研究離心壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)方法和內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文以某微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣需

2、求為設(shè)計(jì)點(diǎn)，對離心壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣需求設(shè)計(jì)了一臺(tái)壓比為3.8的離心壓氣機(jī)，引入五次Bézier曲線，以這種少控制點(diǎn)的方式設(shè)計(jì)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(diǎn)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(dá)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(dòng)。
　　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(huì)致使葉輪產(chǎn)生泄漏流動(dòng)，并且會(huì)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(jì)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(kuò)壓段出口和葉輪出口直徑比值為1.05、1.08、1.12的無葉擴(kuò)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(kuò)壓段內(nèi)能夠明顯降速，并充分混合降低不均勻性。無葉擴(kuò)壓段對葉輪內(nèi)部流動(dòng)情況影響較小，對擴(kuò)壓器徑向擴(kuò)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(dòng)面積的五種擴(kuò)壓器，分別得到了不同擴(kuò)壓器下的性能曲線，對比了不同擴(kuò)壓器在工作點(diǎn)的內(nèi)部流動(dòng)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(kuò)壓器出口壓比和效率最高，內(nèi)部流動(dòng)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(dòng)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(jìn)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(jìn)入