一种超音速涡轮喷嘴的设计方法及超音速涡轮喷嘴技术

本发明专利技术提供一种超音速涡轮喷嘴的设计方法及超音速涡轮喷嘴，其中，设计方法包括：根据涡轮输入参数，计算超音速涡轮喷嘴喉部面积；根据涡轮喷嘴喉部面积，选定叶片数，并计算涡轮喷嘴喉部参数，其中涡轮喷嘴喉部参数包括喷嘴跨距和喷嘴喉部高度；根据涡轮喷嘴喉部面积、涡轮喷嘴喉部参数设计涡轮喷嘴亚音速段；以及根据涡轮喷嘴喉部面积、涡轮喷嘴喉部参数设计涡轮喷嘴超音速段；其中，所述根据涡轮喷嘴喉部面积，选定叶片数，并计算涡轮喷嘴喉部参数，包括：根据公式b=A/h/Z选定所述喷嘴跨距的数值，然后计算喷嘴喉部高度；其中0.5＜b/h＜2。该设计方法的涡轮喷嘴能够通过传统数控方式进行加工，显著增强了刀具可达性。显著增强了刀具可达性。显著增强了刀具可达性。

【技术实现步骤摘要】
一种超音速涡轮喷嘴的设计方法及超音速涡轮喷嘴


[0001]本专利技术涉及液体火箭发动机领域，具体涉及一种超音速涡轮喷嘴的设计方法及超音速涡轮喷嘴。

技术介绍

[0002]冲击式涡轮是开式循环泵压液体火箭发动机涡轮泵的关键件，主要包括超音速喷嘴和动叶。超音速喷嘴可以将来自发生器的高温高压燃气加速，产生高速气流推动动叶旋转，输出轴功，为离心泵提供动力。
[0003]对于大功率涡轮，一般采用叶片式超音速喷嘴。叶片式超音速喷嘴的叶片高度较高，喉部宽度较小，叶片高度与喉部宽度的比值较大，因此通道狭长，且叶片叶型加工精度高。传统数控加工时刀具可达性差，因此主要采用多轴数控电火花整体加工的方法加工叶片。但是电火花成型加工难度大、成本高、周期性长，不利于叶片式超音速喷嘴的批量化生产和成本降低。
[0004]为实现叶片式超音速喷嘴的批量化生产、降低成本，设计一种超音速涡轮喷嘴的设计方法显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超音速涡轮喷嘴的设计方法及超音速涡轮喷嘴。
[0006]本专利技术提供一种超音速涡轮喷嘴的设计方法，包括：根据涡轮输入参数，计算超音速涡轮喷嘴喉部面积；根据涡轮喷嘴喉部面积，选定叶片数，并计算涡轮喷嘴喉部参数，其中涡轮喷嘴喉部参数包括喷嘴跨距和喷嘴喉部高度；根据涡轮喷嘴喉部面积、涡轮喷嘴喉部参数设计涡轮喷嘴亚音速段；以及根据涡轮喷嘴喉部面积、涡轮喷嘴喉部参数设计涡轮喷嘴超音速段；其中，所述根据涡轮喷嘴喉部面积，选定叶片数，并计算涡轮喷嘴喉部参数，包括：根据公式b=A/h/Z选定所述喷嘴跨距的数值，然后计算喷嘴喉部高度；其中0.5＜b/h＜2，式中，b表示喷嘴跨距，A表示喷嘴喉部面积，h表示喷嘴喉部高度，Z表示喷嘴数量。
[0007]根据本专利技术的一个实施例，b与h大致相等，且h取整数。
[0008]根据本专利技术的一个实施例，所述涡轮输入参数包括流经涡轮喷嘴的气体质量流量、涡轮工质气体指数、涡轮喷嘴入口总压、涡轮工质气体常数、涡轮喷嘴入口总温。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，所述根据涡轮输入参数，计算超音速涡轮喷嘴喉部面积具体为：，，式中，Q
mf
表示流经涡轮喷嘴的气体质量流量，R表示涡轮工质气体常数，T
i
表示涡轮喷嘴入口总温，P
i
表示涡轮喷嘴入口总压，K表示常数系数，r表示涡轮工质气体指数。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，所述喷嘴在涡轮喷嘴喉部高度方向截面形状为收敛
‑
扩张型。
[0011]根据本专利技术的一个实施例，所述涡轮喷嘴亚音速段沿涡轮喷嘴喉部高度方向两侧分别为入口直线段和入口收缩段；其中所述入口直线段为一条直线，所述入口收缩段沿气流方向依次为直线和双圆弧。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，所述入口收缩段采用维托辛斯基方法进行设计。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，所述涡轮喷嘴超音速段沿涡轮喷嘴喉部高度方向两侧分别为出口直线段和出口扩张段；其中所述出口直线段为一条直线，所述出口扩张段为一条特征线。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，所述出口扩张段采用特征线法进行设计。
[0015]另一方面，本专利技术提供一种超音速涡轮喷嘴，上述的设计方法设计。
[0016]根据本专利技术的超音速涡轮喷嘴的设计方法，喷嘴喉部高度和喷嘴跨距值均较大，且相比于现有涡轮喷嘴高度与跨距的比值显著减小，避免了流体通道狭长，能够通过传统数控方式进行加工，显著增强了刀具可达性。
[0017]应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本专利技术所欲主张的范围。
附图说明
[0018]下面的附图是本专利技术的说明书的一部分，其绘示了本专利技术的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明专利技术的原理。
[0019]图1是本专利技术一个实施例的超音速涡轮喷嘴的设计方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例的液体火箭发动机涡轮泵喷嘴叶栅环正视图；图3是图2A
‑
A方向的剖视图；图4是本专利技术一个实施例的单个喷嘴跨距示意图；图5是本专利技术一个实施例的超音速涡轮喷嘴结构示意图；图6是图3B
‑
B方向的剖视图；图7是图6单个喷嘴型线示意图；图8是本专利技术一个实施例的液体火箭发动机涡轮泵喷嘴叶栅环的立体图；图9是本专利技术一个实施例的液体火箭发动机涡轮泵喷嘴叶栅环的立体图。
[0020]附图标记说明：1
‑
喷嘴叶栅环；2
‑
超音速涡轮喷嘴；3
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喷嘴跨距；4
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喷嘴入口；5
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入口收缩段；6
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喷嘴喉部高度；7
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出口直线段；8
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喷嘴出口；9
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出口扩张段；10
‑
入口直线段。
具体实施方式
[0021]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本专利技术，用于示例性的说明本专利技术的原理，并不被配置为限定本专利技术。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本专利技术实施例的理解。
[0022]下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本专利技术实施例的具体结
构进行限定。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0023]此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0024]诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并非特别指称次序或顺位的意思，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
[0025]在下文描述本专利技术的过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超音速涡轮喷嘴的设计方法，其特征在于，包括：根据涡轮输入参数，计算超音速涡轮喷嘴喉部面积；根据涡轮喷嘴喉部面积，选定叶片数，并计算涡轮喷嘴喉部参数，其中涡轮喷嘴喉部参数包括喷嘴跨距和喷嘴喉部高度；根据涡轮喷嘴喉部面积、涡轮喷嘴喉部参数设计涡轮喷嘴亚音速段；以及根据涡轮喷嘴喉部面积、涡轮喷嘴喉部参数设计涡轮喷嘴超音速段；其中，所述根据涡轮喷嘴喉部面积，选定叶片数，并计算涡轮喷嘴喉部参数，包括：根据公式b=A/h/Z选定所述喷嘴跨距的数值，然后计算喷嘴喉部高度；其中0.5＜b/h＜2，式中，b表示喷嘴跨距，A表示喷嘴喉部面积，h表示喷嘴喉部高度，Z表示喷嘴数量。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述涡轮输入参数包括流经涡轮喷嘴的气体质量流量、涡轮工质气体指数、涡轮喷嘴入口总压、涡轮工质气体常数、涡轮喷嘴入口总温。3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述根据涡轮输入参数，计算超音速涡轮喷嘴喉部面积具体为： ，，式中，Q
mf
表示流经涡轮喷嘴的气体质量流量，R表示涡轮工质气体常数，T...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，李金鸽，刘磊，梁润孜，张树强，李永鹏，王琳，
申请(专利权)人：蓝箭航天空间科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：