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高速旋翼转速动力涡轮的发展

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高速旋翼转速动力涡轮的发展

发布日期:2018-08-31 作者: 点击:

  目前国内对于高负荷涡轮中的激波控制多采用优化方法,采用伴随优化方法对俄罗斯两个典型超/跨声涡轮叶栅进行了弱化激波设计,以进出口熵增最小为优化目标,并施加质量流量和出口气流角约束,选取了三个无量纲背压工况点进行寻优,优化过程中保证周向厚度不变,得到六个叶型。通过对比得出,针对低背压下的寻优设计能够获得全工况具有性能的叶片。设计结果显示,叶型吸力面尾缘激波得以削弱,增压器涡轮压力面激波不再明显。这一研究表明采用优化方法弱化激波是可行的。但激波弱化造型优化以叶型几何参数为设计变量,并需要基于初始叶型进行参数化。

  国内应用反方法进行激波控制的研究也主要集中在压气机领域,基于渗透边界条件的三维粘性反设计方法,使用载荷参数化方法,可在总载荷不变的基础上,得到满足设计意图的载荷分布。增压器动叶片成功应用在的改型设计中,并取得了较好的激波控制效果。为了降低跨声速压气机叶栅通道中的激波损失,发展了二维叶栅反问题设计方法,用两段抛物线来拟合叶片载荷分布,通过调整的载荷位置,降低叶栅通道中的激波强度。而应用反方法进行高负荷涡轮激波控制上的研究,国内尚无公开文献发表。随着涡轮向单级、高负荷、跨声速方向发展,有需要开展反方法弱化涡轮叶栅通道激波的研究。

  目前,国内还很少有真正实现既能局部调整叶型、又能对叶型做全局调整且保证叶型曲率连续的参数化方法。这可能是文献[4]中未获得“弱化激波”造型规律的原因。固定几何动力涡轮和旋翼综合优化是较低技术风险、较低成本和高性能的倾转旋翼动力系统。动力增压器涡轮叶片效率、旋翼推进效率和推进系统综合效率随转速的变化,采用固定几何的动力涡轮情况下,推进效率峰值位置位于62%动力涡轮转速。与51%动力涡轮转速时的三级动力涡轮相比,62%动力涡轮转速下,三级动力涡轮载荷降低30%,效率提高4.5%。该方案不能严格满足发动机的初始要求,但能够满足动力系统的总体要求。


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