29 卷 3 期 第 第 2008 年 月 5
航 空 学 报 AC TA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA
微型涡轮发动机 ( M TE) 重量轻、 功率大、 能量 密度高 ,可作为各种微小型导弹、 无人机、 乃至未来 单兵飞行器的推进系统 ,是一种具有很好应用前景 的新兴喷气推进动力[ 1 ] 。目前 ,国内外均已研制出 了实用的机型 ,并且国外已将之投入了实用 : 美国
Lockheed2Martin 公司研制的 LOCAAS无人机/ 智 M TE 还可用于发电装置 ,例如与燃料电池结合 ,构
收稿日期 :2007206206 ; 修订日期 :2007212215 基金项目 “十一五” : 国防重点基础科研项目 通讯作者 : 黄国平 E2mail : hgp @nuaa. edu. cn
能导弹 (质量约为 45 kg ,航程 200 km) 采用了推力 约 140 N 的 TJ250 系列 M TE[ 2 ] ; 美国海军武器实 验室和 Titan 公司研制中的微小型巡航导弹[ 3 ] ( 质 量约为 300 kg ,推力约 500 N ,射程超过 1 000 km) 。 成高能量密度的分布式电源系统 ,具有热效率高 、 污染物排放量小等优点[ 4 ] 。 M T E 设计具 有不 同于 常 规 发 动 机 的 特 殊
文章编号 :100026893 ( 2008) 0320542206
微型涡轮发动机传热效应的建模分析与实验研究
黄国平 , 梁德旺 , 马向东 , 张强
( 南京航空航天大学 微型发动机研究所 , 江苏 南京 210016)
Modeling Analysis and Experimental Study on Heat Transfer Effect in Micro Turbine Engine
Huang Guoping , Liang Dewang , Ma Xiangdo ng , Zhang Qiang
( The Instit ute of Micro Engine , Nanjing U niversity of Aeronautics and Ast ro nautcs , Nanjing 210016 , China)
摘 : 微型涡轮发动机 (M T E) 可作为各种新型无人机 、 要 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 M TE2110 ,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 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 ,M TE 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 。 中图分类号 : V231. 1 文献标识码 : A 关键词 : 微型涡轮发动机 ; 压气机 ; 传热 ; 运转测试 ; 建模
M TE2110 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 Key words : micro t urbine engine ; co mp ressor ; heat t ransfer ; running test ; modeling
Vs and missiles , but so me new p roblems such as t he heat t ransfer will affect t he perfo rmance of M TE. Based
on t he modeling of a M TE , M T E2110 , t he heat t ransfer f rom micro co mbustion chamber to micro co mp ressor ance greatly. The measured t hrust of imp roved micro engine increased by 23 % and reach 96 N.
at ure2rise of comp resso r abo ut 30 % t han adiabatic one , but almo st did not affect t he p ressure ratio . Experi2 mental result s show t hat t he heat2p roof t reat ment to t he stato r of comp resso r can imp rove t he engine perfo rm2
110 running test s on ground2stand , t he measurement s data showed t hat t he heat t ransfer bro ught more temper2
was analyzed and t he effect s of bot h performances of co mp ressor and whole engine were obtained. In t he M TE2
Abstract : Micro t urbine engine (M TE) can be used as effective high2speed p rop ulsion system for miniat ure UA2
性 : 一方面 , 因为微型化而产生的低雷诺数流动 、 燃烧驻留时间短 、 制造工艺限制等问题对 M T E 的主要部件的设计和工作特性都产生了显著的影 响 ; 另一方面 ,由于 M T E 整机结构紧凑 、 尺度小 , ( 如盘体厚度 ) 、 因此其部件尺度 部件与部件的间 距都尽量缩短 ( 达到毫米量级) , 这样一来整机环 境下的部件特性受其他部件或环境影响的程度就 会很明显[ 1 ,5 ] 。目前关注 M T E 设计特殊性的研 究多集中在第一方面 , 对整机环境下各部件相互 影响及匹配工作的研究还不多 。德国亚琛大学的 D1 Bo hn 等率先对车载涡轮增压器的厘米级压气 机开展了研究 ( 2003) ,通过 CFD 计算 [ 6 ] 和实验测 量 [ 7 ] 说明了高温涡轮向压气机的传热会显著影响 循环工况 、 使效率明显降低 。该研究中压气机与 涡轮之间未安装燃烧室 , 涡轮所需燃气由外部气 源供给 ,涡轮成为向压气机传热的主要高温部件 , 这与微型涡轮喷气发动机不同 。此外 , 该研究只
http://www.cnki.net
Vol1 29 No1 3 May 2008
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航 空 学 报 AC TA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA
微型涡轮发动机 ( M TE) 重量轻、 功率大、 能量 密度高 ,可作为各种微小型导弹、 无人机、 乃至未来 单兵飞行器的推进系统 ,是一种具有很好应用前景 的新兴喷气推进动力[ 1 ] 。目前 ,国内外均已研制出 了实用的机型 ,并且国外已将之投入了实用 : 美国
Lockheed2Martin 公司研制的 LOCAAS无人机/ 智 M TE 还可用于发电装置 ,例如与燃料电池结合 ,构
收稿日期 :2007206206 ; 修订日期 :2007212215 基金项目 “十一五” : 国防重点基础科研项目 通讯作者 : 黄国平 E2mail : hgp @nuaa. edu. cn
能导弹 (质量约为 45 kg ,航程 200 km) 采用了推力 约 140 N 的 TJ250 系列 M TE[ 2 ] ; 美国海军武器实 验室和 Titan 公司研制中的微小型巡航导弹[ 3 ] ( 质 量约为 300 kg ,推力约 500 N ,射程超过 1 000 km) 。 成高能量密度的分布式电源系统 ,具有热效率高 、 污染物排放量小等优点[ 4 ] 。 M T E 设计具 有不 同于 常 规 发 动 机 的 特 殊
文章编号 :100026893 ( 2008) 0320542206
微型涡轮发动机传热效应的建模分析与实验研究
黄国平 , 梁德旺 , 马向东 , 张强
( 南京航空航天大学 微型发动机研究所 , 江苏 南京 210016)
Modeling Analysis and Experimental Study on Heat Transfer Effect in Micro Turbine Engine
Huang Guoping , Liang Dewang , Ma Xiangdo ng , Zhang Qiang
( The Instit ute of Micro Engine , Nanjing U niversity of Aeronautics and Ast ro nautcs , Nanjing 210016 , China)
摘 : 微型涡轮发动机 (M T E) 可作为各种新型无人机 、 要 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 M TE2110 ,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 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 ,M TE 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 。 中图分类号 : V231. 1 文献标识码 : A 关键词 : 微型涡轮发动机 ; 压气机 ; 传热 ; 运转测试 ; 建模
M TE2110 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 Key words : micro t urbine engine ; co mp ressor ; heat t ransfer ; running test ; modeling
Vs and missiles , but so me new p roblems such as t he heat t ransfer will affect t he perfo rmance of M TE. Based
on t he modeling of a M TE , M T E2110 , t he heat t ransfer f rom micro co mbustion chamber to micro co mp ressor ance greatly. The measured t hrust of imp roved micro engine increased by 23 % and reach 96 N.
at ure2rise of comp resso r abo ut 30 % t han adiabatic one , but almo st did not affect t he p ressure ratio . Experi2 mental result s show t hat t he heat2p roof t reat ment to t he stato r of comp resso r can imp rove t he engine perfo rm2
110 running test s on ground2stand , t he measurement s data showed t hat t he heat t ransfer bro ught more temper2
was analyzed and t he effect s of bot h performances of co mp ressor and whole engine were obtained. In t he M TE2
Abstract : Micro t urbine engine (M TE) can be used as effective high2speed p rop ulsion system for miniat ure UA2
性 : 一方面 , 因为微型化而产生的低雷诺数流动 、 燃烧驻留时间短 、 制造工艺限制等问题对 M T E 的主要部件的设计和工作特性都产生了显著的影 响 ; 另一方面 ,由于 M T E 整机结构紧凑 、 尺度小 , ( 如盘体厚度 ) 、 因此其部件尺度 部件与部件的间 距都尽量缩短 ( 达到毫米量级) , 这样一来整机环 境下的部件特性受其他部件或环境影响的程度就 会很明显[ 1 ,5 ] 。目前关注 M T E 设计特殊性的研 究多集中在第一方面 , 对整机环境下各部件相互 影响及匹配工作的研究还不多 。德国亚琛大学的 D1 Bo hn 等率先对车载涡轮增压器的厘米级压气 机开展了研究 ( 2003) ,通过 CFD 计算 [ 6 ] 和实验测 量 [ 7 ] 说明了高温涡轮向压气机的传热会显著影响 循环工况 、 使效率明显降低 。该研究中压气机与 涡轮之间未安装燃烧室 , 涡轮所需燃气由外部气 源供给 ,涡轮成为向压气机传热的主要高温部件 , 这与微型涡轮喷气发动机不同 。此外 , 该研究只
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Vol1 29 No1 3 May 2008
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