用于螺旋桨动力横拟的空气马达关键技术研究

发布时间：2017-09-10 15:06

  本文关键词：用于螺旋桨动力横拟的空气马达关键技术研究

  更多相关文章： 风洞试验 多级轴流涡轮 优化设计 螺旋桨动力模拟 转子动力学

【摘要】：空气马达是一种用于螺旋桨动力模拟的新型动力模拟器,由压缩空气驱动,将高压气体的内能转化为旋转机械能,带动螺旋桨模型进行动力模拟风洞试验,其特点是小体积,大功率,核心机为多级轴流涡轮。本文针对AEF 0228A型空气马达进行了相关的关键技术研究。主要工作如下:首先,概述了螺旋桨动力模拟的国内外发展现状,阐述了使用空气马达进行螺旋桨动力模拟的优点和必要性,指出了空气马达研究中的若干关键技术,阐明本文的主要工作。在第二章中,以AEF 0228A型空气马达的核心机为模型,进行多级轴流涡轮的气动性能评估技术研究。采用数值计算方法对其性能进行评估,计算结果与试验结果吻合良好,其误差在5%以内,校检了该计算方法。对涡轮流场进行分析,发现第一级涡轮级效率仅为50.9%且叶栅通道内的流场分布不合理,故选定第一级动叶为研究对象,以提高级效率为优化目标,进行涡轮气动优化设计技术的研究。在第三章和第四章中,进行了多级轴流涡轮气动优化技术的研究。在第三章中,对原型涡轮进行参数化拟合,并将参数化叶型与原型叶型进行性能对比,其效率误差为0.1%,验证了参数化的方法。在拟合得到的参数中选定安装角、入口角与叶型三组参数进行优化变量的预研,通过大量计算结果建立数据库,总结出各叶型参数与其性能的关系,并由此选定优化变量。利用第三章选出的优化变量,在第四章中,进行了基于进化算法的优化设计。比较了不同目标函数对优化结果的影响,选定了以效率罚函数权重为最大、安装角与叶型联合优化的结果作为优化结果。将优化结果与原型涡轮进行性能对比,前者的第一级涡轮级效率由50.9%提高至60.5%,总体效率由52.9%提高至55.3%,总体功率由209.2kW提高至218.57kW。在第五章中,以AEF 0228A型空气马达为研究对象,进行了运转安全性评估技术的研究。利用转子动力学分析方法,通过对两组常用负载情况进行模态分析,发现负载情况二的一阶临界转速在空气马达的工作转速范围内,使其在运转时存在共振风险。而后评估了转子系统对于不平衡量的稳态响应,结果表明,在动平衡精度等级G6.3下,系统对于最大许用不平衡量的响应是安全的。
【关键词】：风洞试验 多级轴流涡轮 优化设计 螺旋桨动力模拟 转子动力学
【学位授予单位】：中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 引言10-18
• 1.1 论文的研究背景与意义10-14
• 1.1.1 螺旋桨动力模拟能力国内外现状10-12
• 1.1.2 空气马达的国内外发展现状12-14
• 1.2 关键技术的国内外研究现状14-16
• 1.2.1 涡轮的气动优化方法及发展14-15
• 1.2.2 转子动力学分析方法及发展15-16
• 1.3 本文主要工作16-18
• 第二章 多级轴流涡轮性能评估18-34
• 2.1 现有涡轮参数及试验方法18-20
• 2.1.1 现有涡轮参数18
• 2.1.2 试验方法18-19
• 2.1.3 试验结果19-20
• 2.2 数值模拟方法20-22
• 2.2.1 网格的划分20-21
• 2.2.2 计算设置21-22
• 2.2.3 收敛标准22
• 2.3 数值模拟结果与试验结果对比验证22-24
• 2.4 涡轮流场分析24-33
• 2.4.1 一维流场分布26
• 2.4.2 二维流场分布26-30
• 2.4.3 三维流场分布30-33
• 2.5 小结33-34
• 第三章 叶型参数化及优化变量预研34-53
• 3.1 叶型参数化方法34-38
• 3.1.1 常用曲线34-35
• 3.1.2 叶型参数化拟合35-38
• 3.1.3 参数化叶型性能校核38
• 3.2 安装角的变化对涡轮性能的影响38-43
• 3.2.1 一维流场分析40-41
• 3.2.2 二维流场分析41-43
• 3.2.3 各级效率分析43
• 3.3 进口角变化对涡轮性能的影响43-47
• 3.3.1 一维流场分析44-45
• 3.3.2 二维流场分析45-47
• 3.3.3 各级效率分析47
• 3.4 叶型曲线变化对涡轮性能的影响47-52
• 3.4.1 一维流场分析48-49
• 3.4.2 二维流场分析49-51
• 3.4.3 各级效率分析51-52
• 3.5 小结52-53
• 第四章 多级轴流涡轮气动优化设计技术53-73
• 4.1 优化方法基础53-56
• 4.1.1 优化理论53-54
• 4.1.2 优化流程54-55
• 4.1.3 目标函数55-56
• 4.2 安装角与叶型曲线联合优化结果56-60
• 4.2.1 一维流场分析57
• 4.2.2 二维流场分析57-59
• 4.2.3 各级效率分析59-60
• 4.3 进口角与叶型曲线联合优化结果60-64
• 4.3.1 一维流场分析61
• 4.3.2 二维流场分析61-63
• 4.3.3 各级效率分析63-64
• 4.4 优化结果与原型涡轮对比验证64-72
• 4.4.1 一维流场分析65-66
• 4.4.2 二维流场分析66-70
• 4.4.3 三维流场分析70-72
• 4.5 小结72-73
• 第五章 空气马达运转安全性评估73-90
• 5.1 转子动力学分析基础73-74
• 5.2 模态分析74-86
• 5.2.1 计算设置74-78
• 5.2.2 负载一状态下的模态分析78-82
• 5.2.3 负载二状态下的模态分析82-86
• 5.3 稳态响应分析86-89
• 5.4 小结89-90
• 第六章 研究工作总结及展望90-92
• 6.1 本文的主要工作内容及研究总结90-91
• 6.2 进一步的工作91-92
• 参考文献92-94
• 致谢94-95
• 在攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文95

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黑下清志;市川常雄;日比昭;贾继p，

本文编号：824959