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1+3/2级对转涡轮气动性能试验研究

吴中野 方祥军 刘思永 赵大勇

吴中野, 方祥军, 刘思永, 等 . 1+3/2级对转涡轮气动性能试验研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2016, 42(12): 2676-2682. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0849
引用本文: 吴中野, 方祥军, 刘思永, 等 . 1+3/2级对转涡轮气动性能试验研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2016, 42(12): 2676-2682. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0849
WU Zhongye, FANG Xiangjun, LIU Siyong, et al. Experimental research of 1+3/2 contra-rotating turbine aerodynamic performance[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(12): 2676-2682. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0849(in Chinese)
Citation: WU Zhongye, FANG Xiangjun, LIU Siyong, et al. Experimental research of 1+3/2 contra-rotating turbine aerodynamic performance[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(12): 2676-2682. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0849(in Chinese)

1+3/2级对转涡轮气动性能试验研究

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0849
详细信息
    作者简介:

    吴中野, 男, 博士研究生。主要研究方向:涡轮设计与试验研究。E-mail:wuzhongye@126.com

    通讯作者:

    方祥军, 男, 博士, 研究生导师。主要研究方向:叶轮机设计与气动研究。Tel.:010-82317421, E-mail:turbinebuaa@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V221

Experimental research of 1+3/2 contra-rotating turbine aerodynamic performance

More Information
  • 摘要:

    无导叶对转涡轮是高性能发动机的关键技术之一。本文采用试验方法对1+ 3/2级对转涡轮进行了气动性能研究。本试验分为3个阶段,第1阶段为单独高压涡轮(HPT)试验,第2阶段为加大HPT和低压涡轮(LPT)间轴向间距联合试验,第3阶段为HPT和LPT间正常轴向间距联合试验。在正常轴向间距HPT和LPT试验中,LPT状态的确定通过利用单独HPT试验获得的效率与压比特性反推获得。试验表明,HPT喉道面积减小,而LPT喉道面积增大,这导致在总膨胀比一定情况下,HPT膨胀比增大,LPT膨胀比下降,同时LPT的存在对HPT特性影响不大。在总膨胀比分配中,HPT膨胀比变化很小,而LPT膨胀比变化范围较宽。涡轮级总效率由HPT决定,LPT轮一般相对较低,加大HPT和LPT间轴向间距对LPT性能影响很小。

     

  • 图 1  超跨音对转涡轮试验台简图

    Figure 1.  Schematic of supersonic and transonic contra-rotating turbine facility

    图 2  加大高低压涡轮轴向间距子午流道

    Figure 2.  Meridional channel of increasing axial gap between HPT and LPT

    图 3  高压涡轮出口相对气流角

    Figure 3.  Outlet relative flow angle of HPT

    图 4  1+3/2级对转涡轮测试截面

    Figure 4.  Test section of 1+3/2 contra-rotating turbine

    图 5  高压涡轮流量特性、效率特性及出口绝对气流角

    Figure 5.  Mass flow performance, efficiency performance and outlet absolute flow angle

    图 6  高压涡轮动叶进口速度三角形变化

    Figure 6.  Change of HPT rotor inlet velocity triangle

    图 7  带低压涡轮的高压涡轮效率特性和流量特性

    Figure 7.  Efficiency performance and mass flow performance of HPT with LPT

    图 8  低压涡轮流量特性

    Figure 8.  Mass flow performance of LPT

    图 9  高低压涡轮联合试验效率与膨胀比分配

    Figure 9.  Efficiency and expansion ratio distribution of HPT and LPT

    图 10  涡轮总效率特性

    Figure 10.  Total efficiency performance of turbine

    图 11  动叶叶顶间隙对涡轮效率的影响[18]

    Figure 11.  Effect of rotor tip clearance on turbine efficiency[18]

    表  1  原型涡轮设计参数

    Table  1.   Design parameters of original turbine

    参数 数值
    高压涡轮 低压涡轮
    折合转速/(r·min-1·-1) 352.3 274.5
    折合流量/(kg·s-1··kPa-1) 1.23 3.49
    折合功/(J·K-1) 245.5 180.9
    总对总绝热效率 0.90 0.89
    膨胀比 2.686 2 2.088 8
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  • [1] 方昌德.美国航空推进系统关键技术[J].燃气涡轮试验与研究, 2001, 14(3):1-6. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RQWL200103000.htm

    FANG C D.Key technologies of American aviation propulsion systems[J].Gas Turbine Experiment and Research, 2001, 14(3):1-6(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RQWL200103000.htm
    [2] KAUSER F B.An overview of gas turbine propulsion technology:AIAA-1994-2828[R].Reston:AIAA, 1994.
    [3] MACLIN H, KRAUSE F.Propulsion technology for future commercial aircraft:AIAA-2003-2544[R].Reston:AIAA, 2003.
    [4] 蔡睿贤.对转涡轮基本分析[J].航空学报, 1992, 13(1):57-63. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB199201011.htm

    CAI R X.Basic analysis of counter-rotating turbines[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 1992, 13(1):57-63(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB199201011.htm
    [5] 蔡睿贤.有关对转涡轮基本设计与应用的进一步思考[J].航空动力学报, 2001, 16(3):193-198. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI200103000.htm

    CAI R X.Consideration on the basic design and application of counter-rotating turbines[J].Journal of Aerospace Power, 2001, 16(3):193-198(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI200103000.htm
    [6] 季路成.1+3/2对转涡轮基本分析[C]//中国工程热物理学会热机气动力学学术会议.北京:中国工程热物理学会, 2006:476-484.

    JI L C.Basic analysis on 1+3/2 counter-rotating turbines[C]//Proceedings of Engineering Thermophysics.Beijng:Chinese Society of Engineering Thermophysics, 2006:476-484(in Chinese).
    [7] 季路成.1+3/2与1+1/2对转涡轮对比分析[J].工程热物理学报, 2007, 28(增刊1):113-116. http://jetp.iet.cn/CN/abstract/abstract2968.shtml

    JI L C.Basic analysis on 1+3/2 and 1+1/2 counter-rotating turbines[J].Journal of Engineering Thermophysics, 2007, 28(Suppl.1):113-116(in Chinese). http://jetp.iet.cn/CN/abstract/abstract2968.shtml
    [8] 季路成.对转涡轮研究的回顾与展望[J].航空发动机, 2006, 32(4):49-53. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKFJ200604017.htm

    JI L C.Review and prospect on research of counter-rotating turbine[J] Aeroengine, 2006, 32(4):49-53(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKFJ200604017.htm
    [9] 季路成, 邵卫卫, 王宝臣.一种对转涡轮性能基本分析[J].推进技术, 2008, 29(1):62-66. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TJJS200801014.htm

    JI L C, SHAO W W, WANG B C. Basic analysis of a counter-rotating turbine[J].Journal of Propulsion Tecnology, 2008, 29(1):62-66(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TJJS200801014.htm
    [10] 陈云, 胡松岩, 王雷.1+3/2无导叶对转涡轮设计特点分析[J].航空发动机, 2011, 37(4):20-23. http://www.docin.com/p-1220584722.html

    CHEN Y, HU S Y, WANG L.Analysis of design characteristics for 1+3/2 vaneless counter-rotating turbine[J].Aeroengine, 2011, 37(4):20-23(in Chinese). http://www.docin.com/p-1220584722.html
    [11] GUENETTE G.Turbine aerodynamic performance measurements in short duration facilities:AIAA-1989-2690[R].Reston:AIAA, 1989.
    [12] ATKINS N R, MILLER R J, AINSWORTH R W.Aerodynamic performance measurements in a transient turbine test facility[C]//The 16th Symposium on Measuring Techniques in Transonic and Supersonic Flow in Cascades and Turbomachines.Oxford:Oxford University, 2005:1-12.
    [13] KEOGH R C, GUENETTE G R, SOMMER T P.Aerodynamic performance measurements of a fully-scaled turbine in a short duration facility[C]//ASME Turbo Expo 2000:Power for Land, Sea, and Air.New York:ASME, 2000:1-12.
    [14] HALDEMAN C J.Uncertainty analysis of turbine aerodynamic performance measurementsin short duration test facilities:AIAA-1991-2131[R].Reston:AIAA, 1991.
    [15] 唐菲, 陈党慧, 秦立森, 等.1+1/2对转涡轮短周期试验台性能测试[J].工程热物理学报, 2006, 27(6):944-946. http://jetp.iet.cn/CN/abstract/abstract5655.shtml

    TANG F, CHEN D H, QIN L S, et al.1+1/2 counter-rotating turbine performance measurement of short-duration facility[J].Journal of Engineering Thermophysics, 2006, 27(6):944-946(in Chinese). http://jetp.iet.cn/CN/abstract/abstract5655.shtml
    [16] 刘思永, 王屏, 卢聪明, 等.超跨音对转涡轮试验台[J].航空动力学报, 2002, 17(4):404-406. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI200204003.htm

    LIU S Y, WANG P, LU C M, et al.Contra-rotating turbine test rig with transonic-supersonic profiles[J].Journal of Aerospace Power, 2002, 17(4):404-406(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKDI200204003.htm
    [17] KEITH B D, BASU D K, STEVENS C.Aerodynamic test results of controlled pressure ratio engine (COPE) dual spool air turbine rotating rig[C]//ASME, Turbo Expo 2000:Power for Land, Sea, and Air.New York:ASME, 2000:1-10.
    [18] NGO V H, MILLAR D A J.Design and performance prediction of axial flow turbines:ME-73-3[R].Ottawa:Carleton University, 1973:27-28.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-28
  • 录用日期:  2016-03-18
  • 网络出版日期:  2017-12-20

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