题目：超音速涡轮气动设计若干问题研究

 

超音速涡轮具有重量轻、 结构简单、 单级焓降大的特点， 是现代高压液体火箭涡轮 泵装置的重要部件。 开展高效率超音速涡轮的气动设计方法研究， 对于提升液体火箭涡 轮泵的性能， 乃至促进我国航天事业的发展，都具有重要的意义。 本文研究了超音速涡 轮气动设计的关键技术， 并结合数值模拟方法探讨了超音速涡轮内部流动规律。对于超 音速涡轮气动设计水平的提高具有一定的指导意义。 本文首先分析了超音速涡轮从一维到三维的气动设计问题。 在一维设计方面，推导 了考虑和不考虑排气损失的情况下， 超音速涡轮速度三角形参数与涡轮效率的关系， 得 到了超音速涡轮速度三角形的设计规律。 在超音速涡轮叶片造型方法， 分析了超音速涡 轮叶形设计需要关注的问题。 在此基础上，完成了一个单级超音速涡轮的气动设计， 并 利用数值模拟手段进行了验证。结果表明，所设计的涡轮能够满足设计要求， 从而验证 了本文设计方法的可行性。 为了进一步探索超音速涡轮内部流动规律， 以便为其气动设计提供更多参考， 本文 对一个单级超音速涡轮进行了非定常数值模拟计算。 通过深入分析数值模拟结果， 揭示 了超音速涡轮转静之间的激波系的时空演化、 导叶尾迹与下游叶片的相互作用和低能流 体的径向迁移规律等。基于对超音速涡轮流动规律的认识， 为简化问题， 针对一个亚音 速级发展了导叶尾迹对动叶做功能力影响的低维模型并进行了验证， 以期最终发展出适 用于超音速涡轮气动设计的转静之间非定常相互作用模型，进一步提高超音速涡轮的气 动设计水平。