留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

冲压空气涡轮叶片设计和气动性能数值模拟

姬芬竹 张梦杰 王瑞 王岩 杜发荣

姬芬竹, 张梦杰, 王瑞, 等 . 冲压空气涡轮叶片设计和气动性能数值模拟[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(7): 1387-1394. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0514
引用本文: 姬芬竹, 张梦杰, 王瑞, 等 . 冲压空气涡轮叶片设计和气动性能数值模拟[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(7): 1387-1394. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0514
JI Fenzhu, ZHANG Mengjie, WANG Rui, et al. Blade design and aerodynamic performance numerical simulation on ram air turbine[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(7): 1387-1394. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0514(in Chinese)
Citation: JI Fenzhu, ZHANG Mengjie, WANG Rui, et al. Blade design and aerodynamic performance numerical simulation on ram air turbine[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(7): 1387-1394. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0514(in Chinese)

冲压空气涡轮叶片设计和气动性能数值模拟

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0514
基金项目: 

国家自然科学基金 51375029

详细信息
    作者简介:

    姬芬竹  女, 博士, 副教授。主要研究方向:新型动力总成与能源系统

    杜发荣  男,硕士,副教授。主要研究方向:叶轮机械气体动力学

    通讯作者:

    杜发荣.E-mail:dfr@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V211.59

Blade design and aerodynamic performance numerical simulation on ram air turbine

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51375029

More Information
  • 摘要:

    冲压空气涡轮(RAT)是飞机应急能源系统的能量提取部件,涡轮叶片设计和气动性能研究是实现风能高效利用的关键。针对某型飞机应急能源系统的功率需求,依据叶素-动量理论设计RAT叶片,采用计算流体力学(CFD)方法以多重旋转坐标系(MRF)模型模拟可变桨距RAT全三维混合流场,研究涡轮输出功率和风能利用系数随来流速度和飞行高度变化特性,分析涡轮叶片上流体压力和流速分布特点。结果表明:RAT输出功率和风能利用系数随来流速度和桨距角而变化,飞行包线内不同飞行高度下RAT具有不同的动力性能;通过调整桨距角可以实现RAT的恒功率输出;整个流场流动状况比较理想,但仍有改进空间。

     

  • 图 1  NACA系列不同翼型升阻比随叶片迎角变化曲线

    Figure 1.  Variation curves of lift drag ratio of different NACA airfoils with attack angle of blade

    图 2  叶片弦长和扭角随径向半径变化曲线

    Figure 2.  Variation curves of blade chord length and twist angle with radial radius

    图 3  RAT涡轮流场网格

    Figure 3.  Grid in turbine flow field of RAT

    图 4  流体区域划分

    Figure 4.  Division of fluid region

    图 5  涡轮风能利用系数随叶尖速比变化曲线

    Figure 5.  Variation curves of rotor power coefficient of turbine with tip speed ratios

    图 6  涡轮输出功率和风能利用系数随桨距角变化曲线

    Figure 6.  Variation curves of turbine output power and rotor power coefficient with pitch angles

    图 7  涡轮输出功率随入流角变化曲线

    Figure 7.  Variation curves of turbine output power with inflow angle

    图 8  叶片压力面和吸力面压力云图

    Figure 8.  Pressure contours of acting surface and suction surface

    图 9  不同来流速度和桨距角下流线图

    Figure 9.  Streamlines at different inflow velocities and pitch angles

  • [1] KOERNER M. Recent developments in aircraft emergency power[C]//35th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit (IECEC). Reston: AIAA, 2015: 12-19.
    [2] MANWELL J F, MCGOWAN J G, ROGERS A L. Wind enery explained: Theory, design and application[M]. New York: John Wiley & Sons Ltd., 2002.
    [3] BURTON T, SHARPE D, JENKINS N, et al. Wind energy handbook[M]. New York: John Wiley & Sons Ltd., 2001.
    [4] BETZ A. Schraubenpropeller mit geringstem energieverlust. dissertation[R]. Gottingen: Gottingen Nachrichten, 1919.
    [5] WILSON R E, LISSAMAN P B S. Applied aerodynamies of wind power machines[R]. Washington, D. C. : NASA STI/Recon Technical Report N, 1974.
    [6] GAO X, HU J. Numerical simulation to the effect of rotation on blade boundary layer of horizontal axial wind turbine[C]//2010 World Non-Grid-Connected Wind Power and Energy Conference. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2010: 1-4.
    [7] 周世刚, 刘红, 王佳莉.冲压空气涡轮验证技术研究[J].测控技术, 2016, 35(增刊):364-367. http://www.cqvip.com/QK/94363B/201508/665853573.html

    ZHOU S G, LIU H, WANG J L.Research on verification technology of ram air turbine[J].Measurement and Control Technology, 2016, 35(Suppl.):364-367(in Chinese). http://www.cqvip.com/QK/94363B/201508/665853573.html
    [8] CHOI N J, SANG H N, JEONG J H, et al.Numerical study on the horizontal axis turbines arrangement in a wind farm:Effect of separation distance on the turbine aerodynamic power output[J].Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2013, 117:11-17.
    [9] 刘勇. 风力发电机气动性能数值模拟[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2007: 33-35.

    LIU Y. Numerical simulation of wind turbine aerodynamic performance[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2007: 33-35(in Chinese).
    [10] 方祥军, 刘思永, 王屏.可变桨距冲压空气涡轮混合型流场数值研究[J].北京航空航天大学学报, 2004, 30(2):152-155. http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract10379.shtml

    FANG X J, LIU S Y, WANG P.Numerical study on mixed flow field of variable pitch ram air turbine[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2004, 30(2):152-155(in Chinese). http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract10379.shtml
    [11] 何玉林, 李海峰, 金鑫, 等.风力机叶片翼型气动特性模型[J].机械科学与技术, 2010, 29(12):1589-1594. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10699-1016909395.htm

    HE Y L, LI H F, JIN X, et al.Airfoil aerodynamic characteristics model of wind turbine blade[J].Mechanical Science and Technology, 2010, 29(12):1589-1594(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10699-1016909395.htm
    [12] 查健锐, 杨殷创, 钱燕.基于Fluent的多翼型低速气动特性比较[J].合肥师范学院学报, 2014, 32(6):38-42. http://www.docin.com/p-1666827963.html

    ZHA J R, YANG Y C, QIAN Y.Comparison of aerodynamic characteristics of multi airfoils at low speed based on Fluent[J].Journal of Hefei Normal University, 2014, 32(6):38-42(in Chinese). http://www.docin.com/p-1666827963.html
    [13] 勒古里雷斯D. 风力机的理论与设计[M]. 施鹏飞, 译. 北京: 机械工业出版社, 1987.

    LE GOURIERES D. Design and theory of wind turbine[M]. SHI P F, translated. Beijing: China Machine Press, 1987(in Chinese).
    [14] 王瑞. 冲压空气涡轮多工况动力性能研究[D]. 北京: 北京航空航天大学, 2017.

    WANG R. Study on dynamic performance of ram air turbine under different working conditions[D]. Beijing: Beihang University, 2017(in Chinese).
    [15] 王健, 卢岳良, 杨斐, 等. 两型冲压空气涡轮翼型气动特性分析[C]//第六届中国航空学会青年科技论坛, 2014: 5.

    WANG J, LU Y L, YANG F, et al. Aerodynamic characteristics analysis of two ram air turbine airfoil[C]//The Sixth China Aviation Society Youth Science and Technology Forum, 2014: 5(in Chinese).
  • 加载中
图(9)
计量
  • 文章访问数:  822
  • HTML全文浏览量:  140
  • PDF下载量:  378
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-01
  • 录用日期:  2017-10-13
  • 网络出版日期:  2018-07-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答