高亞音微型軸流渦輪葉型設計及葉尖間隙影響研究.pdf

1、微型渦輪發(fā)動機可滿足未來微型飛行器對高能量存儲密度、高功率推質比動力裝置的需求，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，高通流能力及輕質量能夠有效提高其推質比，因此得到了廣泛應用。目前，對微型軸流渦輪的研究并沒有形成一套完整的體系，其設計理論仍參照常規(guī)尺度渦輪，故開展微型軸流渦輪流動特點及設計技術的研究對提高渦輪級及整機性能均具有重大意義。本文基于MTE-D微發(fā)原理樣機，采用數(shù)值模擬的手段開展了微型軸流渦輪流動特點及其

2、設計技術的研究，并通過整機試車試驗驗證了本文研究所獲得的微型軸流渦輪的技術成效。主要工作有：
　　1、開展了厘米級微型軸流渦輪流動特點的研究，分析了尺寸效應對渦輪性能、流場結構、損失構成的影響。研究發(fā)現(xiàn)，微型軸流渦輪由于尺寸小、轉速高、葉片短，附面層厚，造成粘性損失增大，近輪轂、機匣處的橫向二次流及葉表徑向二次流動增強，二次流損失顯著增加，導向器和轉子的損失分別相對增加了31％、12%。
　　2、開展了厘米級微型軸流渦輪稠度

3、影響的研究，分析了不同稠度下導向器及轉子的性能、流場結構、損失的變化規(guī)律。研究表明，針對高亞音厘米級微型軸流渦輪，導向器較佳稠度范圍為1.0~1.3，小于常規(guī)軸流渦輪導向器稠度的選取范圍，轉子較佳稠度范圍為1.4~1.7。
　　3、基于MTE-D微型發(fā)動機原理樣機開展了高亞音微型軸流渦輪葉型設計研究，確定了適用于微型軸流渦輪的導向器葉片出口扭曲規(guī)律，優(yōu)選了轉子葉片角分布規(guī)律和軸向寬度。同時完成了MTE-D原理樣機的直徑78.4mm

4、高亞音微型軸流渦輪的方案設計，其設計點性能為：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微型軸流渦輪的流動特點及間隙尺寸對其性能影響的研究，分析了間隙尺寸對泄漏損失、泄漏渦的形成位置、運動軌跡、轉子流場結構的影響，確定了間隙尺寸對高亞音微型軸流渦輪性能的影響規(guī)律。結果表明，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。