航空二级涡轮增压系统结构设计

【类型】学位论文

【作者】龙向阳 

【关键词】 航空 活塞发动机 涡轮增压 结构 转子动力学

【摘要】活塞发动机作为轻型飞机的主要动力装置，在世界范围内被广泛使用。自然吸气式活塞发动机的功率随飞行高度的增加而迅速下降，这极大程度地制约了轻型飞机（如无人机）的应用范围，影响轻型飞机（如无人机）的战略存活率。因此如何提高航空活塞发动机的功率保持高度，从而提高无人机的飞行高度，扩展无人机应用范围成为飞行器，尤其无人机动力装置发展的关键。涡轮增压技术可以在不消耗原发动机输出功率的情况下，利用发动机排气的残余能量做功驱动压气机压缩空气，从而有效提高发动机使用升限，是最具研究潜力的提高航空活塞发动机功率保持高度的技术之一。高压比涡轮增压器和多级涡轮增压系统的研究是该技术领域的两个主要研究方向。本论文主要针对奥地利ROTAX公司生产的ROTAX914F四冲程往复活塞式航空发动机进行二级涡轮增压系统结构设计研究。首先，根据该发动机的结构特点及在某型无人机上的安装方式，完成了二级增压系统总体布置方案，结构布置合理，能够满足飞机总体要求。进行了实验室条件下二级涡轮增压器安装布置，布置方案满足试验要求，并经过实验室系统试验考核。然后，借助大量的前期准备试验、发动机参数测绘及软件建模进行增压器的结构设计，建立了航空涡轮增压器模型。根据增压器工作条件下的载荷特点，分别进行了压气机和涡轮叶片的结构强度和振动分析及考虑油膜刚度和阻尼的增压器转子系统的动力学分析。研究表明，所设计的涡轮增压器在工作条件下具有足够强度，增压器叶片和转子在工作转速范围内不会出现有害振动，满足系统的结构强度和振动要求，所设计的转子系统支承方案满足涡轮增压器的使用要求。本论文研究成果对二级涡轮增压发动机系统设计具有一定推动作用，对某型无人机提高飞行高度、扩大应用范围具有现实意义。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】洪杰

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