大作业-冲击式涡轮的设计计算

1、大作业-冲击式涡轮的设计计算1.冲击式涡轮参数的选择在具有冲击式涡轮的供应系统（无补燃发动机系统）中，由燃气发生器产生的富燃燃气驱动涡轮，涡轮不冷却，富燃燃气的温度在10001200K的范围内，比富氧燃气的允许温度（600800K）高得多。另外，富燃燃气的气体常数比富氧燃气的气体常数大一些，这些都有 利于减小需通过涡轮的燃气流量。qmt值越小，发动机的比涡轮流量qmt是具有冲击式涡轮的供应系统的主要参数之一。冲就越高。涡轮流量 qmt可由泵和涡轮的功率平衡:N T = N Pf + N Po选定泵的泵的需用功率降低，可减小通过涡轮的燃气流量，因此应尽量提高泵的效率。 结构并确定其效率后，可根据

2、功率平衡求出所需的涡轮燃气流量，由此确定涡轮的效率。涡轮入口压力（燃气发生器压力）取决于氧化剂泵的出口压力。当用燃料冷却推力室时, 燃料泵出口压力比氧化剂泵的出口压力高。涡轮出口压力之值取决于涡轮排气是直接排入周围环境还是导入辅助喷管。冲击式涡轮计算的原始数据为：（1）涡轮的设计功率：涡轮功率Nt由泵所需的功率决定，由涡轮泵装置设计任务给定:其中，Nt 涡轮的设计功率，又称涡轮的轴功率;Npf 燃料泵的轴功率;NPf氧化剂泵的轴功率。（2）涡轮的设计角速度：涡轮的设计转速由泵不发生汽蚀时允许的最大角速度确定; 涡轮工质的物理常数和温度：涡轮进口总压p0、进口总温T0、和出口静压P2 ；涡 轮工

3、质的绝热指数k和气体常数R。2冲击式涡轮的计算（1）原始数据1.涡轮功率Nt =1200kw（由涡轮泵的计算得出）2.角速度=2410rad/s（由泵的计算得出）3.入口总压p0 =6MPa（由涡轮泵的计算得出）4.出口压力P2 =0.25 MPa（给定）5.入口滞止温度T0 =1000K（给定）6.气体常数R =400J/（kg ” K）（给定）7.绝热指数（2）燃气流量的确定k =1.33（给定）8.平均直径处圆周速度u = 300m/s（给定）9.平均直径D2uD ave O10.（膨胀）压比*6 = Po = 24P2（选定）11.绝热功k*1La厂宀 RT01- k-1严）（P2）1

4、2.喷嘴出口绝热速度Gad = J2Lad13.速度比uGad14.有围带的叶轮与壳体间的最小间隙（轴向的或径向的）心=1.15.最小间隙的相对值也1.5=0.006Dave 25016.需要的燃气流量qNtqmLa?T5mm根据u / c,值，按同类涡轮预先确定涡轮的效率的第一次近似值。17.涡轮的比转速nst =1933应/辱=1933jqmT/Pi 心18.涡轮的比功Lt19.比功系数Lt2u 喷嘴装置出口和叶轮入口轴向间隙内气流参数的确定20.气流角1=17（ 给定）21.速度系数 =0.94（ 给定）22.喷嘴装置出口流速G = Gad23.喷嘴装置内气体临界速度-C1%1 =一 a

5、cr24.折合速度 25.总压恢复系数k-fcif k +1 2 丿2 -|k/(k)26.总压27.间隙内的静温1 2k+1Pi1 poEHp卜錚2广28.间隙内气体密度P-P1-RT129.间隙内气体声速a = 7kRT30. 马赫数31. 叶轮入口相对流速Wj = J(ci cos% -u)2 +(ci sin%)232. 相对运动的滞止温度Tv*1二T。* p -阳（2 九化 cos% -沅）其中，礼=丄acr33.相对运动的临界速度acrw帖RT；34.折合速度仏1 =acrw35.相对运动的马赫数Mw1w1a36.相对运动的总压Pwip;= p; X （比）/ （巴）兀（1）P1-

6、Po(4)叶轮叶片最佳高度的确定37. 叶栅宽度叶片的宽度在强度和工艺许可的情况下38. 叶栅相对节距预先给定的第一次近似值。b =0.014m,选取最小值 =0.6( 给定) (8 15mm。39.轮盘内雷诺数ReD =5灯0540.围带侧雷诺数Re1。341.部分进气度 =0.75伏h1/Dave（U/Cad）2Sin0.31预先给定的第一次近似值。42.叶片相对高度 hh =0.087Dave由“0,0叫 （1+10aveb35）（1 -可 Dave =0.087 得到 Dave43.叶片高度h, = 0 X Dave = 0.087X 0.25 = 0.022m具有锥形喷口的喷嘴装置尺

7、寸的确定44.外围重合高度Ah 兀=0.0005m（ 选取）45.轮毂处重合高度也 hhub = 0.0005m（选取）56.单个喷嘴最小截面直径dm i n_ J4 F m /ngW )46.喷嘴叶片高度he = h 一 Ahhub - Ah兀=0.022-0.0005-0.0005= 0.021m由0 =hc +纣ihub +也导出。47.喷嘴最小截面总面积_ qmTVRl0min *ZcWthroat p0由qmzcfmg卩焉导出。其中，zc 喷嘴叶片的数量;= j1.33xr 2V11.33 + 1 丿1.33 半”(1.33 J)=0.67 ；f 2、（5/（2） n 多变指数，nT

8、kbFthroat 从入口端到临界截面的总压（恢复）系数，0_ P 1throat_ 11throat =*1throat = 1 。Po帚=p0 / P1，throat = P0 / P1throat，对于冲击式涡轮，Ithroat1 throat时，燃气在通道的斜切部分继续膨胀。48.喷嘴锥形段内速度系数4 = 0.98（选取）收敛形喷嘴的速度系数W = 0.94 - 0.98 O49.喷嘴扩张度fi =wq(气)Yf1/(kJ)kJ50.锥形段端部截面积F1 f1 Fmin51.喷嘴出口截面积FF1/si n%厂、1+1匚 k1、2 其中, qgf bl152.部分进气度E =*hc兀D

9、ave PoWq(九)nsi ns4Fi计算得到的第二次近似值。53.喷嘴数54.喷嘴出口端椭圆的长轴ac =hc/si nWtc = 0.98ac55.喷嘴节距叶轮叶栅参数的确定57.气流入口角P1 =arctg引*CON -u / c,58.速度系数Ww1选取）预先给定的第一次近似值。59.出口端相对流速W2 =屮 W-i60.折合速度2 -|k/(l)61.总压系数62.折合流量63.叶片出口高度64.相对运动的气流出口角65.叶栅相对节距66.叶片安装角67. 叶片弦长68. 叶栅节距69.叶片数70.叶片相对长度71.叶栅损失系数k +1 I 屮 / 彳 k 1 r 2 1 儿w2k +12r/1 /k(一 1 )P2qmT= arcsi n粗 DavePwiqO%)nh2b =0.014mt = tb = 0.684 X 0.014 = 0.0096m3 14 X 25Z =DaVe/t = =81.77 止 820.00966/13=1.5(选取）S =0. 22(选取）72.速度系数 （7）叶轮出口端气流参数的确定73.出口静温k -12TTw2kRW274.出口绝对流速75.绝对运动的气流出口角76.出口