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题目:低压涡轮气动调节的研究

关键词:涡轮,气动调节,脉冲射流,评价指标

  摘要


由于未来复杂的空战要求战机拥有更宽广的飞行马赫数变化范围以及更大的飞行包线,这通常需要对发动机工作点进行调节。涡轮工作点的调节技术主要包括几何调节和气动调节,气动调节具有结构简单,对发动机稳定性无影响等优势,并且是一种主动流动控制技术,因此对影响其调节效果的脉冲式射流参数进行研究是很有必要的。

本文首先探讨了影响涡轮工况气动调节的各种因素,选取了四种影响喷气调节效果的关键因素:射流比、主流流量净减少率、涡轮效率减小率、射流动量比,初步提出了一种气动调节评价指标,并使用已有数据进行了验证,说明本文建立的评价指标有一定适用性。

之后采用数值模拟的方法,研究了叶片表面喷气三维气动调节效果。研究过程中采用了两种形式的射流喷管形式,即采用无粘喷管理论设计的超音速喷管和通过超音速叶型流通通道缩放得到的喷管。对喷管进口边界条件进行了讨论以及算例验证,表明喷管进口流量边界和压力边界得到的调节总体参数差异很小,关注的因素主要有喷气位置、喷气角度、设计出口马赫数、喷气流量等,研究表明:主流流量减少量、涡轮功、效率与喷气流量、喷气角度近似成线性关系,均得到拟合关系式,对比两种喷管形式可知,有效的设计喷管流道可以减少喷管内流动损失,推荐采用轴向位置94.38%,垂直叶片表面或较小角度的逆射流。

    最后本文研究对比了脉冲式射流与定常射流的不同点,关注的主要是脉冲频率、幅值对其调节效果的影响,研究表明:脉冲式射流效果要优于定常情况。使用本文建立的评价指标表明推荐选择的频率100Hz,幅值为0.15kg/s,此时脉冲式射流调节效果较好。