超高速燃气涡轮泵关键技术的研究

摘要

在固体导弹领域,燃气液压伺服系统得到了普遍应用。超高速燃气涡轮泵在整个系统中起着至关重要的作用,它由高能燃气驱动涡轮,带动同轴的泵叶轮高速旋转,同时利用切线喷射的原理,将低压液压油转化为高压液压能源。超高速涡轮泵具有转速高(可达100krpm以上)、体积小、重量轻、输出功率大等特点,是燃气液压能源的核心元件,在伺服控制技术领域取得了广泛的应用。
　　超高速涡轮泵作为核心部件,其作用是进行能量转换,由高速旋转的涡轮带动同轴安装的切线泵,高压、高温的燃气经过涡轮后转换成机械能,与此同时,切线泵将之转换成液压能。本文研究的重点包括涡轮输入端的固体燃气发生器和斜切口拉瓦尔喷管的气动学研究以及涡轮高速旋转时的转子动力学研究,这些研究关系到超高速涡轮泵的输入工况、工作效率以及工作稳定性,主要内容如下:
　　关于燃气发生器内弹道特性的研究。采用FLUENT流体分析软件对不同状态的喷管进行流体仿真,并依据仿真结果对燃气发生器内弹道微分方程进行理论计算,通过对计算结果和实际试验数据的统计、梳理,提出了不同状态喷管对燃气发生器内弹道特性影响的分析和计算方法。
　　关于拉瓦尔喷管(斜切口)的气动性能研究。斜切口拉瓦尔喷管的气体流动状态非常复杂,特别是喷管出口的气流部分,往往伴随着膨胀波或激波,经典教材中一般只对标准的拉瓦尔喷管进行理论分析,但没有文献对伴随着复杂激波的过度膨胀状态下的斜切口喷管进行过气动分析与计算,本文对某型涡轮泵斜切口拉瓦尔喷管进行了FLUENT流体仿真,并应用空气动力学进行了理论分析和计算,给出了计算方法。
　　关于涡轮泵轴系临界转速的计算方法研究、影响因素研究。为保证涡轮泵的工作稳定性,要绝对避免其在临界转速附近运转,本文在给出临界转速计算方法的同时,特别研究了各种因素对临界转速的影响。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景介绍

1.2 超高速燃气涡轮泵式燃气液压能源组成及特点

1.3 国内与国外技术现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 超高速燃气涡轮泵系统的工程及理论设计问题

1.5 主要研究内容

第2章 喷管对燃气发生器内弹道特性影响研究

2.1 引言

2.2 喷管的技术状态及影响分析

2.3 FLUENT仿真和理论计算

2.4 试验实测数据与分析

2.5 结论及对策

2.6 本章小结

第3章 斜切口式喷管的气动特性研究

3.1 引言

3.2 喷管及涡轮流场仿真

3.3 涡轮泵斜切口喷管的气动理论计算方法与分析

3.4 某型涡轮泵的攻角损失

3.5 试验验证及应用情况

3.6 结论及对策

3.7 本章小结

第4章 涡轮泵轴系临界转速的计算方法及影响因素研究

4.1 引言

4.2 临界转速的经典计算方法

4.2.1 刚度系数法

4.2.2 经典理论法

4.3传递矩阵法

4.4某型涡轮泵轴系临界转速的实例计算

4.5某型涡轮泵轴系临界转速的计算结果及结论

4.6本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢

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