本帖最后由 best0816 于 2017-2-13 10:28 编辑
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今天晚上再来更新一部分，各位看官慢慢看，辛苦了！！
接昨天的继续，说到我们要自己设计并制作一款涡喷，谈何容易！
为了降低难度和节约成本，我们是这样计划的。用这个现成的转子去做精确激光扫描，可以得到这个转子的数字模型，结合这个转子厂家公布的数据，例如压比，流量，临界转速等数据，我们可以设计出相匹配的扩压器，燃烧室等。
理论上来讲，我们可以制作出一个性能较好的涡喷。
一周之后扫描回来的数据，用proe打开的截图。
经过大致的计算，对比。发现这个转子所需要匹配的外围系统很大，工作时远远超出我们所计划的推力。如果降低一部分标准来制作的话，还不如直接选择一些成熟的图纸来加工，比如KJ66和GR180。
下图是KJ66的模型
下图是老外制作的GR180，这两种涡喷设计时间都有10年左右了，都是瓦斯启动。现在看来启动方式有一点落后。
出于性能和品质绝不妥协的原因，我们做了一个艰难的决定，忍痛放弃之前所有的工作。更换压汽轮和涡轮，重新开始，自己设计更能匹配火焰筒和推力的压汽轮。
下图是测绘后寄回的转子，这应该是它最后一次出现在此贴中。
时隔两月。 自从上次决定放弃使用扫描回来的压气轮之后，小伙们就马不停蹄的围绕自己设计一款性能优良，又符合此款涡喷整体要求的压气轮紧张工作，经过接近两个月艰苦卓绝的奋斗后，已经完成了压气机（包含压气轮和扩压器）的设计并进行了CFD、应力、模态、位移、温度等项目的仿真工作。
先来看看成品的样子，下面这个压气轮模型是我们的小伙伴借助于一套自己编写的一维计算软件完成的总体设计，通过SW建立的3维模型。
在isight平台下，借助于一套先前自编的S1S2流面计算程序，分别使用了多岛遗传算法MIGA加NLPQL算法和模拟退火算法ASA加NLPQL算法进行了优化，成功的将叶轮等熵效率提高到0.9，压缩机整机效率0.8。
下面是选择了一部分仿真截图，并将涉及到的专业名词稍作讲解。
首先，为达到“稳定、皮实”的整机性能。任何高速旋转的部件都要进行模态分析，模态分析的作用是什么？
先看看什么是模态，简单的说模态就是具有特定模式的振动状态，相同材料下只跟结构本身相关。实际结构振动是以其模态阵型振动或者是以其某几阶或多阶阵型的叠加形式振动。通过自由模态分析，可以确定结构的动态特性，即振动时结构各部件的状态优差等，依此可以进行优化设计。
下图为一阶模态
一阶模态是外力的激励频率与物体固有频率相等的时候出现的，此时物体的振动形态叫做一阶振型或主振型。
下图为二阶模态
二阶模态是外力的激励频率是物体固有频率的两倍时候出现，此时的振动外形叫做二阶振型，以依次类推。
下图为三阶模态，四阶模态，五阶模态。
接下来是应力分析
为什么要分析压气轮的应力？？
先来看看什么是应力，应力是物体受外力或者不均匀受热时内部差生抵抗这个变形的力。
关于这个压气轮，我们分析应力的目的在于搞清楚压气轮在高速旋转的时候，各部分受到离心力，热等因素的对压气轮的影响，从而计算出至少需要的刚度和强度，再结合材料特性，
我们就可以计算出需要多厚的叶片，形状，在哪里需要加强结构等等。但是 影响上述要素的不仅仅是应力，对于压气轮来讲还有气动需求，过程复杂属于CFD的分析范畴，这里就不再讨论了。
下图为应力分布 单位：兆帕
从图上可以看到，由于离心力的作用，叶根处的应力大于叶片其它部位，呈现橘红色。所以在叶根处添加直径0.75mm的圆角，以加强结构。
应力在孔上高达450MPA。线速度高了以后就要用钛合金叶轮，跟轴承一个道理。越小越难做... ...
说完应力，紧接着我们来看看，这些应力对叶轮究竟造成了什么直观的影响。所以就引出了下一个分析项目---位移！
什么是位移，就当前的叶轮来说。位移是指 在特定的转速下，叶轮各部分产生的变形移动。
为什么要分析位移呢？分析位移我们可以看到，当叶轮达到某一转速后，各个方向上变形的量。从而计算出叶轮与进气道和其它结构之间的最佳距离。
径向位移分析 单位：毫米
下图为轴向位移分析
借助温度分析我们可以看到，高速旋转下，叶轮的温度变化。这里我们不考虑来自主轴的热传递效应，只分析叶轮对空气做功后的温度变化。
叶轮处温度升高的最根本原因是基于“对物体做功，物体内能增加”这个原理。
随着空气进一步被压缩，在扩压器出口总温可以达到470K左右。（热力学温度单位是：开尔文。与摄氏度换算关系为：1摄氏度=274.15开尔文）以后的文章中，我们都会以热力学单位来标示温度。
下图为温度分析 单位：摄氏度
下面是压气轮和整体压气机的一些CFD仿真报告，也是整个设计部分相对来说，最难，也是最重要的部分。
下图是压缩机的子午面形状，那什么是子午面形状？
所谓子午面形状又叫轴面，是将叶片上的每一点绕轴线旋转到同一轴面而形成的形状。
如下图
子午面图中蓝色部分是压气轮叶片转动结构，红色表示扩压器叶片静止结构。
下图为50%叶高气流速度分布云图，箭头表示气流方向，等高线色块表示此区域内的流速，由此可见叶片尖端流速已经超过音速。
单位：米/秒
接下来是一个热力学计算中非常重要的概念--- 熵增
什么是熵增？热力学中熵增过程是一个自发的由有序向无序发展的过程。可以理解为气流有多混乱。熵增加，系统的总能量不变，但其中可用部分减少。
熵越高的系统就越难有效利用所含的能量。熵增所表示的含义正是我们这个世界最基本的规律----热力学第二定律的精髓。
用S表示，单位为：焦耳/开尔文
下图为50%叶高熵增云图 如果此图大部分都是偏暖色调的话，就说明设计工作存在很大的问题。
下图为子午面静压分布，由此可见随着叶片的做功，压缩机静压逐渐增加。
所以又为我们引出下一个概念---静压。
什么是静压？静压是指：1流体在静止时所产生的压力。2 流体在流动时产生的垂直于流体运动方向的压力。3流体中不受流速影响而测得的表压力值。 好吧！结合此知识点在这里我们提出一个问题。常识告诉我们，涡喷发动机要产生推力，肯定需要尾喷口喷出大量高温空气以获得反作用力。那么问题来了，这么大压力的燃气为什么不从进气口喷出来？
单位为：帕
接下来是压气机整体的一些CFD仿真截图
下图为压缩机静温分布图。 什么是静温？简单的说 静温是温度计相对与流体静止是测得的温度。与它相对的一个概念是动温，是指气流受到阻滞时，动能转变为热能，使气体温度升高，升高的温度即为动温。
静温分布图 单位：开尔文
下图为压缩机静压 单位：兆帕
下图为压缩机气流速度。单位：米/秒
下面是叶轮运行时叶片载荷分析
蓝色线条是叶片50%叶高载荷分布线
今天先更新到这里！ 下一次更新涡轮与导向器的设计工作，并简单介绍导向器扩张通道的设计方法，以及为什么！
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楼主
发表于 2017-2-12 22:18
