吊舱发电用涵道式冲压涡轮优化设计

作     者：叶国祥 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张大林

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：涵道式冲压涡轮 埋入式进气道 S2流面 可控涡 Kriging模型 积叠线 

摘      要：在现代电子对抗中,电子吊舱的运用非常广泛。随着电子吊舱耗能的增加,供电的重要性日益突显,吊舱自主发电系统是解决这一难题的有效手段。涵道式冲压涡轮发电系统效率高、发电功率大、气动代偿小,具有很高的应用价值。本文首先提出了一种适用于吊舱发电的涵道式冲压涡轮(DRAT)结构,主要包括埋入式进气道、轴流式冲压涡轮、发电机构及控制装置等部件。然后从其气动性能入手,利用数值模拟分别对进气道和冲压涡轮进行了以下研究:(1)确立包含一维设计、S2流面设计在内的冲压涡轮设计方案。在S2流面设计时分别利用可控涡流型和自由涡流型对冲压涡轮进行设计,结果表明可控涡设计可通过减小转静子间隙处的径向压力梯度改善涡轮根部流动性能。(2)建立了包含参数化造型、流场分析及Kriging模型寻优在内的冲压涡轮优化方案。基于Bezier曲线进行叶片造型,利用FLUENT进行流场计算分析,而后利用改造的Krigng模型进行目标寻优,优化后的涡轮在设计状态下等熵效率由原始可控涡设计的91.4%提高到93.1%,输出功率由17.3kw增加到18.6kw。(3)通过对积叠线进行周向变化得到不同形式的倾斜/弯曲静子,探讨积叠线周向变化对本文冲压涡轮流场的影响。(4)利用Bezier曲线构造埋入式进气道内通道,并通过对进气道内外流场的一体分析,考察了型线参数对进气道性能的影响。