我们的涡喷日记，后面才是真正精彩的部分（不断更新中）

Meng19920703

楼主大大，能把你仿真的软件和操作步骤总结一下，专门做一个技术贴吗？麻烦了
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best0816

Meng19920703 发表于 2017-2-1 17:37
楼主大大，能把你仿真的软件和操作步骤总结一下，专门做一个技术贴吗？麻烦了 ...

这个可能很难，1是详细过程非常复杂。软件的操作只是整个设计的一小部分。而背后的“为什么要这样操作”才是关键。需要大量的相关知识。整个发动机下来，怕是一本书都写不完。2是这个过程里面涉及到非常重要的相关经验，单个专业的技术人员进行仿真设计的费用每天高达4位数，有时还要按照小时计算。要得到这花花绿绿的仿真图片，不是简单的几个教程就能搞定的！
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best0816

年后再来更新一部分。这次贴出刚出炉的涡轮仿真图片，然后简单的介绍一下有些地方为什么要那样设计。
先来看看通过SW建立的导向器与涡轮模型。



下图的自由曲面叶形看起来非常直观。




涡轮叶片使用“自由曲面”造型，自由曲面是工程中复杂而又经常遇到的曲面，如飞机机翼和汽车外形曲面等均为自由曲面。
下图是涡轮的叶片各部分截面形状，这也是自由曲面的典型应用。
蓝色线条表示叶根
绿色线条表示叶中
红色线条表示叶顶



从机械制造的角度来说，这种自由曲面的叶片加工起来比直纹曲面难多了，为什么还要使用这种曲面的叶片设计呢？
效率！
那为什么扭转叶片可以提高效率呢？
这要涉及到“理想等环量流型”的问题，目的是要达到：喷嘴出口的环量沿叶高相等，各流层之间的环量差等于零。避免气体径向流动产生的附加损失，避免撞击损失。以提高效率。
以上说法不是很好理解。其实很简单的原因，试想一下，如果是直叶片，由于叶片各部分半径的不同，径向距离上每一点的线速度都不同，而他们获得的是相同流速的驱动气流，假如：我们设置50%叶高的叶片部位受到气流驱动后速度是S，扭矩为N。由于杠杆原理可知，那么在叶根获得的转速会大于X，获得的扭矩会小于N，叶尖部位获得的转速会小于X，获得扭矩会大于N。相互牵制能量就消耗在叶片上了。
所以将叶片扭动一定角度，再加厚叶根部位，在特定气流速度下，让叶片各部分都获得基本相同的转速，就得到了我们现在所设计的变化的叶盆曲线。
再举一个例子：
两种不同缠距的螺杆，匹配相应螺纹的螺母后，同在5秒的时长下，用力推动螺母行走相同的距离，粗缠距与细缠距螺母的转速会是怎么样的？



别想了，这个是推不动的！（捂嘴偷笑）如果真能推动的话，相同时间，行程相同的情况下，细缠距的螺母要转得快一些。
下面这个才推得动。（吡牙）不过原理是一样的。



下面这些概念，之前已经都讲过了，在此不再赘述，各位将就看看。


先上模态分析






温度



位移



应力




下面是 马赫数 单位：马赫


气流速度 单位：米/秒


温度 单位：开尔文




压力 单位：帕




以下是涡轮及导向器的一部分CFD仿真报告


下图为50%叶高气流速度分布云图 单位：米/秒


下图为50%叶高熵增云图 单位：焦耳/开


下图为涡轮动、静叶片子午面静压分布



下面我们来简单介绍一下涡轮气流通道的形状设计
因为在群里面有人讨论过此通道形状设计方面的问题，所以选择这一主题展开简单的讨论。


下图为涡轮与导向器结构
红色是静子叶片的子午面形状
蓝色是涡轮叶片的子午面形状
黑色线条是子午面上通道的截面形状

我们可以看出通道经过静子叶片后，继续扩张变大。那为什么我们不采用直通的的形状造型呢？
直通造型也有，下图为直通造型（GR180）


简单的说。由下图可知，上下两个X的距离相等。黄色表示气流方向。这种设计的原因是气流在经过燃烧室出口后，任然会继续膨胀直到到达喷口后压力等于一个大气压时才会停止膨胀。所以通道的设计是扩张造型，扩张的方式为沿通道中径的两侧变大。称为：等中径扩张通道设计



接下来预告一下 燃烧室的仿真内容：
由于燃烧室设计非常繁琐，需要 先手算需要多少孔，孔的面积多大，安排的位置在哪里，然后再建模，再进行仿真，结果出来后，再调整，再仿真....如此循环。


借用小伙伴的一句话是：“没办法，这个计算量就是这么任性”（流泪）


下面先来看看半成品谍照：

Tim

说一下，导向器叶片需要打孔散热吗？（像飞机引擎一样）。

best0816

Tim 发表于 2017-2-11 20:47
说一下，导向器叶片需要打孔散热吗？（像飞机引擎一样）。

这个本来就是飞机引擎啊！只不过是小飞机用的！
你说的是这个吧？


导向器叶片和涡轮叶片都不需要打气膜孔，因为从上图温度仿真的数据来看，设计最高温度只有1138开尔文，换算成摄氏度的话只有864.85度，低于我们备选材料GH3044固溶强化镍基抗氧化合金的长期工作温度900摄氏度以下。所以在此温度范围内材料可以保证有高的塑性和热强性，并具有优良的抗氧化性能。

Tim

谢谢回复，期待燃烧室的制作。

longe2

楼主的涡轮叶片说有问题，叶片的造型直接关系发动机的效率和功率，胡乱画个自由曲线做成涡轮，最后做好发动机后会出现各种启动不了的问题，或者其他问题，建议楼主仔细研究下涡轮叶形的理论，
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best0816

longe2 发表于 2017-2-13 14:26
楼主的涡轮叶片说有问题，叶片的造型直接关系发动机的效率和功率，胡乱画个自由曲线做成涡轮，最后做好发动 ...

请朋友赐教，这个涡轮的问题出在哪里？

longe2

best0816 发表于 2017-2-13 17:06
请朋友赐教，这个涡轮的问题出在哪里？

涡轮叶片的叶背曲线应该是连续光滑的，学术语言叫曲率均匀过渡，这是涡轮效率的前提条件；你发的那个叶片的形状，看起来不是这样的，而且涡轮叶片的排布，叶片的数量都有要求；首先叶片的排布要求槽道收敛，这样涡轮工作起来后气体被压缩喷出，但不是叶片间距越窄越好，一般对于工作在亚音速的涡轮，要求槽道中距比尾距大不超过5%，其余要求你可以查阅相关的资料，这里太多就不多说了。

best0816

longe2 发表于 2017-2-17 08:56
涡轮叶片的叶背曲线应该是连续光滑的，学术语言叫曲率均匀过渡，这是涡轮效率的前提条件；你发的那个叶片 ...

朋友，你说了这么多，我怎么都看不懂啊！
涡轮是膨胀机   怎么会压缩喷出啊！