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涡轮导向器喉道尺寸对燃气涡轮起动机性能的影响

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航空动力学报 2024年第9期39卷 140-148页

作者：樊小倩汪洋冰刘一鸣白杰中国航空工业集团有限公司金城南京机电液压工程研究中心南京211106 中国航空工业集团有限公司航空机电系统综合航空科技重点实验室南京211106

以某燃气涡轮起动机的燃气涡轮导向器为研究对象,采用试验及数值模拟方法研究了燃气涡轮导向器喉道尺寸对燃气涡轮起动机整机及部件性能的影响。针对A、B、C型三种燃气涡轮导向器(喉道平均外径分别为111.27、111.94、112.34 mm)的试验... 详细信息

以某燃气涡轮起动机的燃气涡轮导向器为研究对象,采用试验及数值模拟方法研究了燃气涡轮导向器喉道尺寸对燃气涡轮起动机整机及部件性能的影响。针对A、B、C型三种燃气涡轮导向器(喉道平均外径分别为111.27、111.94、112.34 mm)的试验研究结果表明:C′型燃气涡轮起动机较A′型燃气涡轮起动机,正常起动时间缩短14%,失效起动输出轴脱开转速升高7.1%,最大输出功率增加11.6%,起动机性能显著提高。数值结果表明:C″型较A″型涡轮级流量增加3.6%,动力涡轮最大输出功率增加12.2%,动力涡轮功率增加归因于流量增加、温度增加、温降增加的叠加效应。总之,燃气涡轮导向器喉道外径通过影响涡轮级性能改变了燃气涡轮起动机整机的匹配特性,使整机性能存在一定的分散性。

关键词：燃气涡轮起动机涡轮导向器喉道尺寸外径动力涡轮输出功率

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涡轮导向器缘板安装缝隙泄漏特性数值模拟

航空动力学报 2015年第6期30卷 1448-1459页

作者：刘亚非毛军逵徐瑞赵尊盛贺宜红李维南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016 中国航空工业集团公司中国航空动力机械研究所湖南株洲412002

针对某航空发动机涡轮导向器,采用数值模拟的方法研究了缘板安装缝隙泄漏流对叶栅通道流场结构及叶栅性能参数的影响,对比分析了不同泄漏流压力、缝隙宽度及缝隙相对位置条件下的泄漏量,及其对叶栅性能参数的影响规律.研究发现：在压差... 详细信息

针对某航空发动机涡轮导向器,采用数值模拟的方法研究了缘板安装缝隙泄漏流对叶栅通道流场结构及叶栅性能参数的影响,对比分析了不同泄漏流压力、缝隙宽度及缝隙相对位置条件下的泄漏量,及其对叶栅性能参数的影响规律.研究发现：在压差作用下冷气通过缘板安装缝隙进入燃气主流通道并在中段的位置形成螺旋涡系,对端壁二次流产生明显影响,其作用效果沿叶高方向逐渐降低,最大影响区域为44.44%叶高.计算结果表明：随着泄漏流压力的提高、缝隙宽度的增加、缝隙与发动机主轴方向夹角的变大,叶栅的能量损失系数和泄漏量都呈现出了单调增加的趋势.在研究的参数范围内,涡轮缘板安装缝隙导致的泄漏流可使叶栅的能量损失系数增加14%~62%.

关键词：涡轮导向器端壁缘板安装缝隙二次流泄漏流能量损失系数

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K465涡轮导向器熔模铸造工艺研究

铸造 2007年第6期56卷 608-610页

作者：裴忠冶孔胜国李俊涛吴剑涛张鹏峰邵冲李维陈兴福赵明汉田彦文东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004 钢铁研究总院高温材料研究所北京100081 海军驻航天科工集团第三研究院军事代表室北京100074

涡轮导向器是在研某型号航天发动机的关键部件,采用K465铸造高温合金无余量整体熔模铸造而成。该部件由内锥、内环、叶片、外环和法兰五位一体构成,整体呈复杂框架结构,其叶片最薄处仅为0.7mm,且壁厚相差悬殊,铸造凝固过程易产生疏松、... 详细信息

涡轮导向器是在研某型号航天发动机的关键部件,采用K465铸造高温合金无余量整体熔模铸造而成。该部件由内锥、内环、叶片、外环和法兰五位一体构成,整体呈复杂框架结构,其叶片最薄处仅为0.7mm,且壁厚相差悬殊,铸造凝固过程易产生疏松、裂纹等缺陷,试制工艺难度很大。设计采用了蜡模分体压制,组合夹具精确定位,蜡模拼装组合成型的工艺方案,使叶片的一致性和尺寸精度得到了保证,获得了导向器熔模铸造用整体蜡模;通过浇注系统、铸造工艺的优化,解决了试制过程中出现的疏松和开裂问题,保证了铸件的冶金质量,研制出了合格的导向器铸件。

关键词：铸造高温合金 K465 涡轮导向器熔模铸造

发动机的涡轮导向器面积、喷口直径等匹配参数调整的计算方法研究和应用

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航空动力学报 2002年第2期17卷 145-149页

作者：王华青陈矛章北京航空航天大学动力系北京100083

在双轴式涡轮喷气发动机中 , 及级涡轮导向器面积和尾喷口面积匹配关系影响到发动机工作稳定性、可靠性和性能。本文用计算分析方法进行了研究 ,推导出便于编程计算的 6个方程 ,用低压涡轮功等于某一常数代替低压转子转速为常数的调... 详细信息

在双轴式涡轮喷气发动机中 , 及级涡轮导向器面积和尾喷口面积匹配关系影响到发动机工作稳定性、可靠性和性能。本文用计算分析方法进行了研究 ,推导出便于编程计算的 6个方程 ,用低压涡轮功等于某一常数代替低压转子转速为常数的调节方案 ,并用发动机台架实测参数确定部件某些系数 ,计算仅在设计转速上进行。计算结果指导了某新研发动机三面积的调整 ,获得合适的三面积调整范围 ,解决了该发动机的调整参数匹配问题 ,按本方案调整的发动机经外场使用表明工作稳定。

关键词：涡轮导向器面积喷口直径双轴发动机匹配参数计算方法

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涡扇发动机涡轮导向器故障分析

推进技术 2000年第1期21卷 36-38页

作者：隋俊友张锦刘兴洲北京航空航天大学动力系北京100083 航天机电集团公司31所北京100074

从故障检测、流场和温度场的计算以及强度分析四个方面,对某型涡轮风扇发动机高压涡轮导向器进行了全面的研究。确定了导向叶片的故障起因为超温过烧,从而提供了相应的排故措施。由目前正在进行的试验验证工作来看,改进措施的效果非常... 详细信息

从故障检测、流场和温度场的计算以及强度分析四个方面,对某型涡轮风扇发动机高压涡轮导向器进行了全面的研究。确定了导向叶片的故障起因为超温过烧,从而提供了相应的排故措施。由目前正在进行的试验验证工作来看,改进措施的效果非常理想。

关键词：涡轮风扇发动机涡轮导向器导向叶片故障检测

旋转爆轰燃烧室与涡轮导向器集成特性数值研究

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航空学报 2024年第10期45卷 124-144页

作者：孟博威马虎夏镇娟周长省南京理工大学机械工程学院特种动力技术教育部重点实验室南京210094

为了研究叶栅稠度对旋转爆轰燃烧室-涡轮导向器流场分布和工作特性的影响,以便进一步优化旋转爆轰燃烧室与涡轮导向器的相关设计,基于SST k-ω黏性湍流模型求解二维非定常雷诺平均Navier-Stokes控制方程,并结合间歇因子转捩模型,爆轰燃... 详细信息

为了研究叶栅稠度对旋转爆轰燃烧室-涡轮导向器流场分布和工作特性的影响,以便进一步优化旋转爆轰燃烧室与涡轮导向器的相关设计,基于SST k-ω黏性湍流模型求解二维非定常雷诺平均Navier-Stokes控制方程,并结合间歇因子转捩模型,爆轰燃烧机理采用正癸烷-空气单步反应,通过在初始流场施加高温高压区诱发爆轰波,分别对具有6种不同叶栅稠度导向器和不具备导向器的旋转爆轰燃烧室开展数值计算,对瞬态流场演变和波系结构进行了讨论分析,评估了不同叶栅稠度下导向器的工作特性。研究结果表明:导向器上下游均形成了动态的耙式激波包络面,其结构和强度受叶栅稠度影响,爆轰流场特性保证了叶栅通道自起动能力。导向器抑制了上游压力峰值,峰值衰减率最高可达60.87%。爆轰燃烧的总压增益得到提高,导向器出口增压比最高为1.24,出口增压比频率与叶栅稠度大小呈正相关,最高可达143.33 kHz。叶栅通道对爆轰产物具有一定流动调节能力,时均落后角最小为1.84°,出口时均马赫数最高为1.38,此外出口气流角均匀性显著提高。研究结果揭示了导向器对提高连续旋转爆轰涡轮发动机性能的潜在价值,对该种发动机的设计优化以及工程化应用提供了一定指导。

关键词：旋转爆轰燃烧室涡轮导向器叶栅稠度流场结构工作特性

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涡轮导向器精密铸造工艺数值模拟及优化

热加工工艺 2023年第19期52卷 62-66页

作者：周志军王亚宇黄鹏飞张波李洪伟谢锦丽北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081 河北钢研德凯科技有限公司河北涿州072750 钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室北京100081

借助ProCAST软件对涡轮导向器开展工艺设计与数值模拟,深度分析充型-凝固过程的潜在问题及缺陷形成原因。在此基础上,通过调整浇注方式、冒口数量与尺寸、铸件凝固顺序等措施优化了工艺,同时进行了数值模拟。结果表明,优化工艺的充型过... 详细信息

借助ProCAST软件对涡轮导向器开展工艺设计与数值模拟,深度分析充型-凝固过程的潜在问题及缺陷形成原因。在此基础上,通过调整浇注方式、冒口数量与尺寸、铸件凝固顺序等措施优化了工艺,同时进行了数值模拟。结果表明,优化工艺的充型过程较为稳定,其铸件遵循顺序凝固原则且未形成缺陷,金属利用率由12.13%提高至43.18%,并通过实际铸件对优化工艺进行验证,铸件质量满足EMS52301/2规范要求。

关键词：涡轮导向器精密铸造数值模拟金属利用率

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涡轮导向器叶片热应力的有限元计算分析

涡轮导向器叶片热应力的有限元计算分析

作者：崔健沈阳工业大学

学位级别：硕士

本论文应用有限单元法计算分析了某型航空发动机涡轮导向器的热应力。涡轮导向器是使气流流通过它后将气体的部分热能转换为动能,并满足工作轮所需要的进口气流方向的部件。文中概述了相关的有限元理论,应用UG软件建立了航空发动机涡轮... 详细信息

本论文应用有限单元法计算分析了某型航空发动机涡轮导向器的热应力。涡轮导向器是使气流流通过它后将气体的部分热能转换为动能,并满足工作轮所需要的进口气流方向的部件。文中概述了相关的有限元理论,应用UG软件建立了航空发动机涡轮导向器的简化模型,最后将模型导入ANSYS进行热应力计算分析,得到热传导和热应力变化的响应云图。这里所采用的计算方法和得到的结果对航空发动机涡轮导向器的研究具有一定的参考价值。文中通过对发动机涡轮导向器结构的简化处理,建立两种航空发动机涡轮导向器的计算模型。A方案:涡轮导向器受轴向温度变化,在两个面直接给定温度,前面为1000℃,后面为800℃的时候,分别对涡轮导向器内外环不约束和约束两种情况下进行热应力的有限元分析,并得出在这种情况下的温度分布云图和热应力云图。B方案:涡轮导向器受径向温度变化,在给定的温度分布图的情况下,分为内外环不约束和约束两种情况进行热应力的有限元分析,并得出温度分布云图和热应力分布云图,最终对两种不同方案的计算结果进行了相应的对比分析。

关键词：航空发动机热应力涡轮导向器有限元法

同方学位论文库评论

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基于局部结构的涡轮导向器屈曲故障模式分析

燃气涡轮试验与研究 2020年第4期33卷 15-20页

作者：张帆冯引利高金海郭宝亭蒋文婷中国科学院工程热物理研究所轻型动力重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

针对涡扇发动机试车后出现的涡轮导向器结构内环波瓣形变形,开展了相关分析研究。首先基于局部屈曲理论提出一套相应的屈曲判定与优化方法,并将其应用于涡轮导向器的变形失效中。然后对压应力集中区域的边界条件进行提取、优化,利用有... 详细信息

针对涡扇发动机试车后出现的涡轮导向器结构内环波瓣形变形,开展了相关分析研究。首先基于局部屈曲理论提出一套相应的屈曲判定与优化方法,并将其应用于涡轮导向器的变形失效中。然后对压应力集中区域的边界条件进行提取、优化,利用有限元方法计算该结构的屈曲特征值。计算结果表明:涡轮导向器内外环机匣之间存在的较大温度梯度,以及防气流倒灌的内外封严设计,导致导向器结构局部屈曲。在理论解与数值模拟的基础上,对该导向器局部结构进行几何优化,优化后的静强度与屈曲安全系数均满足设计准则要求。本文提出的考虑非均匀温度场下由热应力引起复杂结构屈曲的判别及结构优化方法大大简化了计算流程,提高了热结构分析设计水平。

关键词：航空发动机涡轮导向器屈曲圆筒壳有限元屈曲安全系数故障分析