平流层飞艇氦气压缩机设计与性能研究

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1、中图分类号：V274论文编号：102870118-S242学科分类号：082504硕士学位论文平流层飞艇氦气压缩机设计与性能研究研究生姓名胡肖芬学科、专业人机与环境工程研究方向飞艇氦气压缩技术指导教师曹业玲副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDesignandPerformanceStudyonHeliumCompressorforStratosphericAirshi

2、pAThesisinMan-Machine&EnvironmentEngineeringbyHuXiaofenAdvisedbyProf.CaoYelingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本

3、人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2018/4/2南京航空航天大学硕士学位论文摘要平流层飞艇平台广阔的应用前景吸引了世界越来越多的关注。飞艇长期驻留在平流层时，会反复经历昼夜变化，白天温度升高时需要利用高空压缩机构将主气囊内适量的氦气压缩至超压氦气囊中，实现对艇囊内外的压差调节。平流层氦气压缩机设计技术是实现飞艇长期驻留高空的关键技术之一。本论文依据飞艇定点停留时压缩机入口的设计参数和设计指标，对平流层氦气压缩机进行了设

4、计与性能研究。首先介绍了压缩机的主要分类和设计方案的选定，通过编写C++程序，对设计压缩机进行热力计算，最终确定了设计采用双级离心压缩机。根据热力计算得到压缩机各截面上的气动参数和结构参数，采用BladeGen软件进行叶片造型，利用UG完成各部件的三维建模。叶轮作为压缩机的主要部件，需要对其进行流动特性分析和结构强度分析。本文利用ANSYS-CFX对叶轮进行数值模拟，结果表明叶轮的流场和压力场分布合理，初步满足设计要求；文中运用Workbench平台中的StaticStructural模块对叶轮进行了结构静力分析，运用Modal模块对叶轮进行了模态分析，结果表明叶轮的

5、结构强度满足要求。关键词：平流层飞艇，氦气离心压缩机，ANSYS仿真，结构静力分析，模态分析I平流层飞艇氦气压缩机设计与性能研究ABSTRACTThebroadapplicationofthestratosphericplatformhasattractedmoreandmoreattentionfromtheworld.Whentheairshipstaysinthestratosphericspaceforalongtime,itwillitwillundergothedayandnightchangerepeatedly.Whenthetemperatureri

6、sesinthedaytime,ahighaltitudecompressorcanbeusedtocompresstheappropriateamountofheliumintotheoverpressureheliumbag,soastoadjustthepressuredifferencebetweeninsideandoutsidethecapsule.Thedesigntechnologyofheliumcompressorisoneofthekeytechnologiestorealizethelongtermstayofairshipinthestrat

7、osphere.Inthispaper,thedesignandperformanceoftheheliumcompressorarestudiedbasedonthedesignparametersanddesignindexes.First,themainclassificationofthecompressorandtheselectionofthedesignschemeareintroduced.BycompilingtheC++program,thethermodynamiccalculationofthecompressoriscarr