基于某微型发动机对比分析轴流涡轮与向心涡轮的气动性能与减重

为了确定厘米级微型涡轮发动机在相对较大功率、流量需求时的涡轮形式,以实现发动机更高的性能,本文基于某直径12厘米微发样机开展研究。本文估算了该样机整机环境下单级轴流涡轮的做功能力,并按参数优选规律设计了一台微型轴流涡轮,将之与该样机所采用的微型向心涡轮进行对比,基于CFD和CAD工具分析了两种叶轮在功率、效率及尺寸重量方面的差别。研究表明：在先进微小型发动机总压比提高（4～6,本文设计采用4.2）的情况下,涡轮为了在保持效率的同时满足压气机更高的功率需求,轴流式必须采用双级方案,向心式单级就可满足要求;在压气机压比4～6条件下,进一步对比双级轴流与单级向心方案的结果显示,当流量小于500g/s时,向心式具有尺寸重量优势,发动机能实现较高的推重比。针对厘米级微型发动机,在发动机增压比较高且没有超出单级向心涡轮做功能力的范围时,向心涡轮方案是更好的选择。     

某微型发动机轴流涡轮与向心涡轮的气动性能及尺寸对比分析

为确定厘米级微型涡轮发动机在相对较大功率、流量需求时的涡轮形式,基于某直径为12 cm的微型发动机样机开展研究.估算了该样机整机环境下单级轴流涡轮的做功能力,并按参数优选规律设计了一台微型轴流涡轮,将之与该样机采用的微型向心涡轮对比,分析了两种叶轮在功率、效率及尺寸质量方面的差别.研究表明:在先进微型发动机压比提高(＞...     

厘米级微型发动机转子系统分析

重点讨论了厘米级微型发动机转子系统的结构与动力特性,总结了微型涡轮发动机轴系和动力学设计的一般规律和特点,指出了微型发动机转子结构与动力特性研究的方向。     

叶尖间隙泄漏对厘米级高亚声微型轴流涡轮性能的影响

针对某微型涡轮发动机(MTE)原理样机的直径为78.4mm的微型轴流涡轮,采用数值模拟手段研究了叶尖间隙泄漏对该厘米级高亚声微型轴流涡轮流场结构及涡轮性能的影响.结果表明:微型轴流涡轮相对叶尖间隙尺寸在3.1%~4.6%,明显高于常规轴流涡轮;微型轴流涡轮叶尖间隙泄漏涡影响范围较常规轴流涡轮扩大(至叶中高度),泄漏损失占涡轮级总损失的35%,也较常规轴流涡轮明显增大.研究获得了间隙尺寸对该厘米级高亚声微型轴流涡轮性能的影响规律,叶尖相对间隙尺寸每增加1%叶高,效率最快下降1.9%,其变化幅度较常规轴流涡轮更为明显.最后,根据工程安装的限制(离心力变形及热变形、轴承游隙、加工装配误差等),确定了一个较优的叶尖间隙(0.4mm),通过数值模拟获得了在该间隙下的涡轮性能参数:落压比为2.12,效率为0.87,流量为0.35kg/s.      

用于微型涡轮机的节流孔式静压气浮轴承实验

对用于厘米级微型涡轮发动机的径向静压气浮轴承展开了实验研究,分析了长径比、节流孔径、气膜间隙及供气压力等对承载力、刚度和耗气量的影响.提出了这些设计参数的优选方法,并结合直径11 cm的某微型喷气发动机,给出了与之匹配的径向静压气浮轴承设计方案:工作面直径15 mm、长度17.5 mm、节流孔径0.35 mm、气膜间隙25μm.此方案在供气绝对压力2.5 kPa时,双轴承支撑能力为13.72 N,耗气量小于1.0 g/s,有效地满足了微型涡轮发动机要求.      

一种微型涡轮发动机导向器改进方案

为了提高发动机性能,克服微型涡轮发动机(MTE)的尺度小等因素导致其导向器内流动损失大的缺点,采用了整体叶片式导向器设计技术对某MTE-C微型发动机涡轮导向器进行了改型设计.首先采用NAPA软件对MTE-C微型发动机的整体叶片式导向器进行数值模拟,通过流场分析得到了原型导向器设计中导致流动效率低下的不足之处,并以此为理论依据,对导向器进行了改进.改进型导向器的整级数值模拟结果表明,涡轮在设计点的效率提高了15%, 且在宽广的工作范围内其通流能力和效率均得到了明显的提升.      

微型涡喷发动机总体综合设计应用研究

微型涡喷发动机总体设计目前还没有较为详细的设计准则和方法。本文应用涡轮发动机的尺寸和重量设计与评估方法,对9~80 kg 级的多台微型涡喷发动机进行总体综合设计并与其发动机数据进行对比评估;建立微型涡喷发动机综合设计数据库,提炼微型涡喷发动机综合设计准则,利用该准则进行16 kg 级微型涡喷发动机的总体综合设计。结果表明：应用微型涡喷发动机总体综合设计方法得到的设计准则可靠性高,能够对微型涡喷发动机进行总体方案设计。     

高科技与微型涡轮发动机的研制

在收集、分析国外某些微型涡轮发动机的文献和实物的基础上，结合参加自行设计微型涡轮发动机的体会，提出应用现有的和正在发展中的新技术、新材料、新工艺，将对微型涡轮发动机的性能和研制周期产生较大的影响。     

微型航空器“群”的推进系统

据报道 ,美国研究者提出了一种能协同工作的飞行器“群” (Swarms)的概念。这种微型航空 (天 )器群集可以在脱离有人驾驶系统后来完成任务 ,可以用在空 -空和地 -空导弹上 ,可以根据目标和任务来调整“群”的大小 ,因而适用性较高。推进系统是影响这种微型航空 (天 )器大小的主要因素。对于 90 kg级的飞行器 ,以高亚声速飞行 ,则可采用 2 2 0 N推力的燃气涡轮发动机。这种发动机的性能要比普通航空发动机的性能差 ,随着研制与试验工作的展开与新的工程制造技术的应用 ,将可使这种微型发动机的性能得到提高。报道称 ,更小的发动机已在进行实…     

弹用喷气发动机发展及关键技术分析

对国内外4 000 N推力级以下的导弹与无人机用典型系列微型涡轮发动机进行综述,主要包括发动机研制背景、发动机结构、性能参数、应用对象等内容.详细介绍了目前技术水平较先进的TJ100和推质比超过10的AT-1500系列发动机,总结了该类发动机的技术特点.最后,结合工程经验提出并分析了发动机研制的关键技术.      

大型飞机辅助动力装置与微型涡轮发动机技术特点对比

对比分析了这两类动力系统的总体设计和部件技术特点,总结了两者的相似性和不同.分析结果显示:用于150～200座大型飞机的辅助动力装置与推力400 N左右的微型涡轮发动机具有相当的功率;两类动力系统主要部件的设计和制造都具有相似性,微型涡轮发动机的部件性能指标更高,而辅助动力装置通过略保守的设计来获得高可靠性、经济性和长寿命.最后,提出了在已有MTE技术基础上开展APU研制的技术路线.      

微型涡喷发动机传热效应的建模分析与实验研究

 微型涡轮发动机(MTE)可作为各种新型无人机、微小型导弹的高速推进动力装置,但微型化可能给发动机各部件匹配工作带来包括传热效应在内的特殊影响。针对微型涡轮发动机MTE-110,建立了基于发动机部件特性的总体性能模型,并在此基础上分析了可能的传热效应对压气机特性及整机性能的影响。在MTE-110的地面台架运转试验中,测量数据显示传热效应使压气机的实际温升比绝热温升增加了30%,对压比影响不大,因此显著降低了压气机效率。通过在压气机静子上采用隔热技术后,MTE性能得到显著改善,设计转速下的实测推力提高了23%,达到了96 N。     

厘米级微型涡轮喷气发动机关键控制技术研究

结合厘米级微型涡喷发动机自身特点, 从工程角度研究其关键控制技术.首先运用相似理论, 将参考发动机的起动控制时序变换适用于目标发动机的起动控制, 为了解决微型发动机起动困难问题还首次提出起动供油自校正技术.慢车以上状态采用系统辨识法建模, 通过仿真结合试验的方法设计了带可自动调整前馈的闭环PI调节器.试车试验表明, 研究的控制规律能控制发动机正常可靠运转, 满足各项性能指标要求.      

微型涡轮发动机快速原型控制系统

提出一种基于工业控制计算机的面向微型涡轮发动机(MTE)控制的快速原型控制系统.它提供完整的与执行机构及传感器电路的接口, 并提供基于Windows平台的控制器软件实时开发环境.快速原型设计技术可以极大地提高嵌入式控制系统的开发效率.基于该快速原型控制系统不但可以实现对发动机的控制, 而且可以实时记录试验结果, 并提供友好的人机界面, 后者对发动机控制系统的试验研究是非常重要的.台架试车表明, 该快速原型控制系统是切实有效的.      

微型涡轮发动机燃油闭环控制起动方法

采用微压差方法进行燃油流量测量,达到低压损、高精度和快速响应的目的.设计了孔板式计量段,对不同节流孔径的计量段进行了标定试验.试验结果表明:在设定的测量范围内,节流孔两侧压差的平方根与流量成线性关系,与理论分析结果一致.在此基础上,研究微型涡轮发动机起动过程供油流量闭环控制问题.设计了单神经元PID(比例-积分-微分)控制器,对燃油流量进行了闭环控制试验.与开环控制方法相比,新的控制方法动态性能好,调节精度高.最后,采用单神经元PID控制器进行了微型涡轮发动机燃油闭环控制起动试验,显著提高了起动过程的快速性与可靠性.      

Research on windmill starting characteristics of MTE-D micro turbine engine

Micro turbine engine (MTE) is an important kind of propulsion system for miniature unmanned aircraft or missiles, because of its better high-speed performance (than propeller propulsion) and higher propulsion efficiency (obviously than rockets). Windmill start is a common air-starting mode used in micro turbine engine. The windmill starting characteristics are important to the practical use of micro turbine engine. In this paper, the windmill starting characteristics research for a 12 cm diameter (MTE-D) micro turbine engine is carried out by experiment and numerical simulation. The characteristic of rotor mechanical losses at low-speed condition is stud- ied, and the engine common working line of windmill starting process is obtained. Based on the engine windmill characteristics, the propane ignition characteristics under different inflow conditions are researched, and the envelope of propane ignition and propane flameout is determined. The experimental research of fuel supply and ignition characteristics is completed, and the envelope of fuel supply and ignition is obtained. The windmill stage, propane ignition stage, fuel ignition stage and acceleration process from idling-speed to 80% full speed of MTE-D micro turbine engine is optimized, and the optimization windmill starting parameters are collected. The successful wind-mill starting experiment under this condition with engine speed up to 80% full speed indicates that these starting parameters are reasonable. All the starting parameters of MTE-D micro turbine engine obtained in this work are dimensionless parameters, and the conclusions obtained in this study have some reference to other micro turbine engines with the similar structural form and starting process.     

微型涡喷发动机燃油计量技术研究

研究微型涡喷发动机供油量的准确计量问题.通过分析燃油泵的工作机理,得出油泵的供油量由油泵供电电压、电压占空比和油泵出口油压这三个可变因素决定.当供油需求量给定后可以根据油泵当前的电压和出口油压计算出对应的电压占空比,为此对油泵的供油特性进行标定实验和验证实验.与原先不考虑出口油压的计量方法相比,这种新的计量方法显著提高了燃油计量精度,有利于对微型涡喷发动机起动过程控制.      

Time-triggered State-machine Reliable Software Architecture for Micro Turbine Engine Control

Time-triggered (TT) embedded software pattern is well accepted in aerospace industry for its high reliability. Fi-nite-state-machine (FSM) design method is widely used for its high efficiency and predictable behavior. In this paper, the time-triggered and state-machine combination software architecture is implemented for a 25 kg thrust micro turbine engine (MTE) used for unmanned aerial vehicle (UAV) system; also model-based-design development workflow for airworthiness software directive DO-178B is utilized. Experimental results show that time-triggered state-machine software architecture and development method could shorten the system development time, reduce the system test cost and make the turbine engine easily comply with the airworthiness rules.