鱼雷对转涡轮动力系统研究

《鱼雷对转涡轮动力系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：鱼雷对转涡轮动力系统研究作者：王新平学科专业：兵器科学与技术指导教师：党建军二零一七年六月ResearchoftheCounter-rotatingTurbinePowerSystemforTorpedosByWangXinPingUndertheSupervisionofProfessorDangJianJunADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequireme

2、ntForthedegreeofDoctorofArmamentScienceandTechnologyXi’anP.R.ChinaJune2017摘要摘要为支撑口径533mm的重型鱼雷航速达到70节，动力主机的输出功率应达到1000kW，采用燃气涡轮发动机是今后一段时期内最具可行性的选择。为了获得更大的航程，鱼雷航速提高的同时就对动力系统的经济性提出了更为严苛的要求。对于自带氧化剂的鱼雷动力系统，鱼雷涡轮发动机均采用部分进气的超音速冲动式涡轮模式。该动力系统有如下特点：（1）受限于涡轮结构材料的性能，维持涡轮系统高效率最重要的速度比参数

3、远未达到理想值，由此造成余速损失大、系统效率低；（2）传统系统单轴输出，主机除拖动推进器外，还需向系统辅机提供功率输出，辅机功率消耗占到推进器功率消耗的10%以上。鉴于此，本文提出了一种气动耦合双级对转涡轮动力系统的全新构想，其基本思想在于：主级、辅级对转双轴功率输出，辅级涡轮吸收前级的余速能量并独立为系统辅机输出功率，由此可使整个系统效率提高10%以上，该动力系统构成简捷、技术继承性好。围绕以上构想，本文针对新型动力系统的几个关键问题展开研究，主要工作及创新点如下：（1）气动耦合对转涡轮新构想在理论层面上的可行性论证。包括：传统和新型鱼

4、雷涡轮发动机动力系统的数学建模和性能预测，以及对转涡轮稳态运行工况的确定。由此给出了辅级涡轮的具体结构形式和在多种工况下的运行速度，确认了辅级涡轮功率足以覆盖系统辅机需求的设想，并为新型系统的具体构型提供了理论依据。（2）新型涡轮发动机动力系统的构型方案及其深入讨论。相较于传统的单轴输出涡轮发动机系统，新型双级系统除需以推进剂流量调节为手段控制主级涡轮轴系转速以外，亦需对辅级涡轮轴系转速实施调节。提出的具体方案是，以调节辅机吸收功率为手段来控制辅级轴系的转速。针对MIMO系统综合了控制规律，数学仿真结果证明主级和辅级两个轴系在受控状态下可

5、良好配合运行，满足鱼雷航行各种工况的需求。（3）新型涡轮发动机动力系统的启动策略及启动过程的仿真研究。由于涡轮发动机动力系统存在的局部正反馈特性，涡轮发动机动力系统的启动一直是关键技术之一。由于对转涡轮的运行强耦合且两个轴系的动态响应速度差别很大，能否可靠启动是新型系统是否可行的决定性因素之一。针对新型系统的开环响应特征，提出了主级轴系前期程控后期闭环、辅级轴系全程闭环的启动控制策略，数学仿真验证了启动策略的可行性。以上工作围绕动力系统的关键问题展开研究，论证了新型涡轮发动机动力系统的可行性。关键词：鱼雷；动力系统；对转涡轮；系统效率；启

6、动过程IAbstractAbstractForaheavytorpedowithadiameterof533mmtooperatingat70knots,theengineoutputpowerhastobelargerthan1000kW.Thegasturbineisthemostfeasibleoptioninfuture.Thelongdurationflightprovidesthedemandtothetorquespeedandthesystemeconomics.Withitsownoxidant,theturbineen

7、gineutilizesthepartialsupersonicimpulseturbine.Thepowersystemhasthefollowingfeatures:(1)turbineperformanceislimitedbythestructurematerial.Thespeedratiooftheturbineisfarawayfromtheoptimalone,resultinghighlossandlowsystemefficiency;(2)thesingle-axisoutputofthetraditionalpow

8、ersystemrequiresthepowerfromtheturbinetoenabletheoperationoftheauxiliarysystem.Theauxiliarypower