低污染民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)徑向間隙計(jì)算程序開(kāi)發(fā).pdf

1、葉尖間隙主動(dòng)控制技術(shù)能提高對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓/低壓渦輪效率、減少發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率，有效減少污染物排放，是當(dāng)今和未來(lái)高性能低污染民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，而徑向間隙預(yù)估程序是葉尖間隙主動(dòng)技術(shù)研究和應(yīng)用中最基礎(chǔ)的核心。
　　本文首先分析了影響葉尖徑向間隙的可能因素，確定了葉尖徑向間隙的基本計(jì)算流程。針對(duì)高/低壓渦輪不同部件的結(jié)構(gòu)特征和工作狀態(tài)，分別基于一維工程方法和二維有限元方法，確立了各部件溫度和變形計(jì)算模型，編寫(xiě)了間隙預(yù)估代碼，

2、實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)和過(guò)渡態(tài)葉尖徑向間隙的計(jì)算，并同Ansys計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，兩者誤差小于5％。利用建立的間隙計(jì)算程序，針對(duì)某高壓渦輪部件研究了典型飛行循環(huán)下，應(yīng)用主動(dòng)間隙控制技術(shù)對(duì)徑向間隙變化規(guī)律的影響規(guī)律。計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，由于輪盤(pán)熱容大，存在一定的溫度響應(yīng)時(shí)間，使得其熱變形明顯滯后于離心載荷變形。應(yīng)用主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)后，巡航階段葉尖徑向間隙明顯減小，基本能控制在0.75mm以內(nèi)。隨后本文還利用該計(jì)算程序，就某低壓渦輪驗(yàn)證模型開(kāi)展了間隙主動(dòng)控制

3、系統(tǒng)方案初步設(shè)計(jì)，分別通過(guò)調(diào)整冷卻空氣溫度、沖擊換熱效果兩種方法，實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的間隙控制目標(biāo)。在間隙分析和方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了某高壓渦輪葉尖間隙主動(dòng)控制方案的模型驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)中通過(guò)改變集氣腔進(jìn)氣流量，研究了不同實(shí)驗(yàn)工況下機(jī)匣溫度分布規(guī)律，獲得了機(jī)匣徑向變形量及其在周向和軸向上的分布規(guī)律。研究中發(fā)現(xiàn)冷卻空氣管的多孔沖擊射流可以有效改變機(jī)匣溫度，并達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)匣變形的最終目的。隨著冷卻孔平均出口雷諾數(shù)的增加，機(jī)匣的熱響應(yīng)時(shí)間減小，機(jī)匣的收

4、縮速率明顯增加，但該增加幅度隨著雷諾數(shù)的增加而逐步減弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)匣徑向冷卻收縮量基本均勻。由于冷卻空氣管周向流量分配不均勻，使其周向上最大相對(duì)偏差為8.75%。同時(shí)冷卻空氣管結(jié)構(gòu)和供氣量差異會(huì)導(dǎo)致機(jī)匣軸向溫度分布不均勻，在該實(shí)驗(yàn)工況中，機(jī)匣徑向冷卻收縮量在軸向上最大的相對(duì)偏差為6.99%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果比對(duì)，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文建立的葉尖徑向間隙計(jì)算程序的精度和計(jì)算可靠性。最后概要性地研究了間隙主動(dòng)控制技術(shù)對(duì)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)污