局部进气ATR涡轮性能影响因素数值模拟研究

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1、第46卷第2期2016年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．46No．2Mar．2016局部进气ATR涡轮性能影响因素数值模拟研究魏庆胜，黄秀全，杨振磊(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710129)摘要：为研究局部进气条件下ATR涡轮内的流动特性，对局部进气涡轮进行定常和非定常数值模拟。定常计算采用冻结转子方法，改变动叶与静叶的周向相对位置研究涡轮内流场特征；改变进气扇区布局、进口参数和局部进气度，研究其对涡轮性能的影响。研究结果表明，对于给定局部进气度，进气扇区整体布局时，涡轮性能的优越性最大；在局部进气ATR涡轮的设计中

2、，需要综合考虑流量、效率和功率3个因素来决定局部进气度。不同位置定常流动结果的平均值与非定常流动的时均值存在差异，非定常计算更好地展示了静叶尾迹和流动积累效应的影响，因而更加可靠。关键词：涡轮；局部进气；数值模拟；涡轮特性；非定常流动中图分类号：V238文献标识码：A文章编号：1671．654X(2016)02．0051．04NumericalStudyonATRTurbinePerformanceunderDifferentPartial—AdmissionConditionWEIQing—sheng，HUANGXiu·quan，YANGZhen-lei(SchoolofPo

3、werandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710129，China)Abstract：Tostudythesteadyandunsteadyflowfieldofpartial—admissionturbine，aspecificpartial—ad—missionATRturbinewasinvestigatedbychangingtherelativecircumferentialpositionofrotorandstatorblades，thelayoutoftheadmissionsector，thef

4、lowmassparametersandthepartial—admissionratewiththeFrozenRotorMethod．Theresultsshowthat：Whenthepartial—admissionrateisgiven，thelayoutofthepartial．admissionbecomesanimportantfactoraffectingtheturbineflowfield’Scharacteristics．Whenthelayoutisintheone-groupform，theturbineperformsbetter．Theflowm

5、ass，efficiencyandpowermustbeconsideredtodeterminethepartial—admissionrateinthedesignofthepartialadmissionATRturbine．Moreover，boththeefficieneiesandpowerofthesteadycalculationarenotthesameasthoseofthean·steadyaverage．Theunsteadysimulationresultsismorereliable，becauseitcapturestheinfluenceofgu

6、ideblades’wakeandthecumulativeeffectontheflow．Keywords：turbine；partialadmission；numericalsimulation；turbinecharacteristics；unsteadyflow引言空气涡轮火箭发动机(AirTurboRocket，ATR)是一种适用于临近空间飞行器的新型组合循环动力。它由进气道、压气机、燃气发生器、涡轮、燃烧室和尾喷管等部件组成。具有高性能、轻质量、高可靠性、低成本、宽广速度适应范围等特点，ATR的气动热力学原理与涡喷发动机基本相同，不同的是前者的涡轮由燃气发生器带动，

7、而燃气发生器的高温、高压、富燃燃气与通过发动机的空气流量无关。这个特点使得ATR的涡轮进口与压气机出口状态无关，于是涡轮进口温度可以保持不变，或者在很大的范围内由发动机控制器调整。所以ATR的工作特性主要由涡轮流动所决定，涡轮的设计与气动分析成为其设计的关键技术之一。如果涡轮需要输出的功率较小，以至于全通道进气时，在设计流量工况下需要较小的涡轮叶片，这样会造成二次流损失的剧增，尤其是对于微小型涡轮喷气式发动机，局部进气可以适当地增加叶高，获得高于全通道进气的输出力矩；当需要输出的功率减小时，