涡桨发动机动力涡轮设计研究

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1、第41卷第3期2015年6月航空发动机Aemen舀neV01．41No．3Jun．2015涡桨发动机动力涡轮设计研究陈一鸣1，杨晓梅1，梁赞2，刘火星2(1．北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室，北京10019l；2．先进航空发动机协同创新中心，北京100191)摘要：针对采用常规涡轮设计方法设计多恒定转速涡轮时，存在的难以兼顾不同状态点性能以及设计周期较长等问题，运用动力涡轮多设计点耦合设计方法进行研究。为了验证该方法是否有效，建立了涡轮模型并进行了3维数值模拟，在设计初始时确定了各设计点的性能。结果表明：该方法可以初步

2、计算不同状态点下的速度三角形；在叶片造型时可以根据不同状态下的速度三角形进行优化选取进口几何构造角，使涡轮在不同状态下来流条件较好；多设计点耦合设计得到的涡轮在保证各状态下出口绝对气流角偏离轴向不大的同时各状态之间的效率均较高。关键词：动力涡轮；多设计点耦合设计；3维数值模拟；涡桨发动机；速度三角形中图分类号：V233．7文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnkl-aeroen91ne．2015．03．011Study0nDesjgn0fP0werTurbineforTurboprI)pEnginecHENYi-minF，YA

3、NG)(iao—meil，LIANGYun2，LIuHuo一)dn乎(1．NadonalKeyLabontoryofsciencea11dTecllIl0109yonAeroen垂nes，Beillallgu11iVe商ty，Be巧ing100191，ChiIla；2．coUaboradveIrulovadonCenterofAdvallcedAeroen咖e，Be面吨，100191，clli：【la)Abst忸Ct：Itisdi伍culttoconsidertlleperfo珊ancesoftlledi丘brentdesigncond

4、itionsandlongiIesigncyclesforstudyingtllevariable—speedpowerturbinebytlleconventionalturbinedesigIlmetllod．ThepowerturbinewasdesignedbytlIemulti-pointcoupleddesignmethod．Inordertoveri母itseⅡ．ectiveness，theturbinemodelw踮built'itsthree—dimensionalnumericalsimlllationwascond

5、ucted，andtheped．o册anceoftIlediH．erentdesignpointsw踮definedontlleinitialdesignpmcess．Theresuhsshowtllattllemulti—pointcoupleddesigIlmetllodisabletocalculatevelocitytriaIl甜eoftlled证ferentdesigIlpoints．Accordingtotlleveloc畸tri锄deoftlIediffbrentdesignpointstoshapingthebIades

6、，tllei111etgeometricalstmcture粕deisoptiInized，andtheinletcondition0fturbineisbetter．TheouⅡetabsolutenow柚出eofturbinedesigIledwinlmulti-PointcoupleddesignmetlIodh髂lessdeviationwidltlleturbinea】【ial，蛐dhashighemciencyineachdesignpoints．Keywords：powerturbine；multi—pointcouple

7、ddesign；tllree—dimensionalnumericalsimulation；turbopropengine；velocitytriangle0引言涡桨发动机具有经济性好、起飞拉力大、技术发展潜力大和环境适用性强等优点，在中低速或对低速性能有严格要求的巡逻、反潜或灭火等类型飞机上广泛应用【闱。自由涡轮式涡桨发动机是涡桨发动机的主流，由动力涡轮单独驱动螺旋桨。该动力涡轮具有多恒定转速的特点，即涡轮工作转速为恒定的若干个值。与常规涡轮相比，多恒定转速涡轮在多个状态点工作时效率均较高，且在巡航状态下转速较低、负荷较大嘲。涡轮设计

8、工作是1个从低维到高维的设计与优化过程，低维的设计结果是高维设计工作的基础。低维尤其是1维设计方法，如果使用得当，可以抓住叶轮机内部最主要的物理本质，在很大程度上决定所设计叶轮机的性能水平，具有举足轻重的作