大子午擴(kuò)張渦輪正交化設(shè)計及性能分析.pdf

1、燃?xì)庠跍u輪中膨脹做功的主要損失有端部的二次流損失、葉型損失和間隙泄漏損失。而在燃?xì)廨啓C(jī)的動力渦輪中，流道的子午擴(kuò)張會造成較大的端部二次流動及端區(qū)損失。因此對大子午擴(kuò)張渦輪端部流動進(jìn)行深入研究，并提出有效的降低大子午擴(kuò)張渦輪端部流動損失的方法顯得十分必要，這對提高現(xiàn)有渦輪氣動性能具有十分重要的意義。
　　渦輪葉片采用正交化設(shè)計是創(chuàng)新型設(shè)計，目前在國內(nèi)還極度缺少相關(guān)方面的論文研究和應(yīng)用。不過，在羅羅公司的遄達(dá)系列航空發(fā)動機(jī)和MT30艦

2、用燃?xì)廨啓C(jī)中皆創(chuàng)造性地使用了正交渦輪的設(shè)計。本文基于此對現(xiàn)有大子午擴(kuò)張渦輪進(jìn)行正交化優(yōu)化設(shè)計并深入分析和研究正交設(shè)計對大子午擴(kuò)張渦輪氣動性能的影響。
　　首先，本文引入了變厚度S1流層的概念。利用變厚度S1流層能夠更加準(zhǔn)確的分析大子午擴(kuò)張渦輪端區(qū)的流動情況，為大子午擴(kuò)張渦輪葉片的端區(qū)設(shè)計提供依據(jù)。利用變厚度S1流層進(jìn)行流場計算和分析時與平面流動和普通回轉(zhuǎn)面流動的區(qū)別主要在于：流面彎曲；流面厚度變化和沿流程葉柵柵距變化。可以發(fā)現(xiàn)，平

3、面流動流面不存在彎曲，同時由于流道在子午面上的擴(kuò)張使得流層厚度沿流向增厚，并使得葉柵柵距隨流向回轉(zhuǎn)半徑增加而減小，所以流面厚度變化和沿流程葉柵柵距變化可以區(qū)分普通回轉(zhuǎn)面流層和變厚度S1流層的區(qū)別。變厚度S1流層是唯一能夠準(zhǔn)確分析大子午擴(kuò)張渦輪端區(qū)流動的方式。本文在后續(xù)章節(jié)的研究中，利用變厚度S1流層對大子午擴(kuò)張渦輪端區(qū)流動進(jìn)行分析。
　　其次，本文對采用正交渦輪靜葉片的動力渦輪第一級進(jìn)行通流計算并和原型渦輪第一級的比較中，進(jìn)出口平

4、均流量基本保持不變，效率提升了0.69％，主要提升位置在40%到90%相對葉高處。并對采用了正交渦輪靜葉的動力渦輪第一級的流場進(jìn)行了分析。討論了正交靜葉對流場產(chǎn)生的影響。研究發(fā)現(xiàn)，正交渦輪靜葉片由前部加載變?yōu)榫鶆蚣虞d，使得流動更加平緩，壓力梯度減小；同時，由于低壓區(qū)向后向上移動，使得在靜葉的吸力面形成了“C”型壓力場，使得上端壁的流動沿壓力梯度向葉片的中部移動，減少了端壁的流動損失。從一級渦輪來看，正交設(shè)計能夠有效的提高渦輪的效率和作功