[发明专利]一种空水两用涡轮机参数化设计方法

权利要求书

1.一种空水两用涡轮机参数化设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、假设水下工况下空水两用涡轮机的相对内效率，再根据跨介质航行器的水下运行工况求出水下工况下的涡轮喷嘴的进气度和喷嘴出口最小直径；

步骤2、根据传统常规冲动式涡轮叶栅的设计方法，得出初步空水两用涡轮机动叶栅的设计参数；

步骤3、对水下工况下涡轮机的性能参数进行核算，得到涡轮机的理论相对内效率，并将得出的理论内效率代入步骤1，进行反复迭代，得出水下工况下，涡轮机各设计参数的精确值；

步骤4、假设一个水上工况下空水两用涡轮机的相对内效率，代入整个水上工况下的动力系统的参数设计中，得到一个低燃料消耗率下的涡轮机有效功率和燃气的质量流量；

步骤5、根据步骤4中的有效功率和质量流量，求水上工况下的涡轮喷嘴设计参数；

步骤6、根据初步空水两用涡轮机动叶栅的设计参数和水上工况下的涡轮喷嘴设计参数对涡轮机的动叶栅结构参数进行修正，并计算叶栅初步安装角和煤油燃气工质在工作叶栅出口处的实际相对速度；

步骤7、对水上工况下的涡轮机性能参数进行核算，得到该工况下的涡轮机理论相对内效率，并将得出的理论内效率代入步骤4，进行反复迭代，得出水上工况下，涡轮机各设计参数的精确值；

步骤8、改变喷嘴的结构参数，判断是否满足：空水两用涡轮机水上额定工况和水下额定工况下的部分进气度之和小于1且两个工况下的涡轮叶栅安装角相差不超过1％，若不满足修改水下工况下涡轮喷嘴的结构参数，若满足，输出步骤1-7中计算的涡轮机参数。

2.根据权利要求1所述一种空水两用涡轮机参数化设计方法，其特征在于，步骤1所述涡轮喷嘴为钻孔喷嘴，钻孔喷嘴沿垂直轴线方向横截面积最小的位置定义为喷嘴喉部。

3.根据权利要求2所述一种空水两用涡轮机参数化设计方法，其特征在于，步骤1具体过程为：

假设水下工况下空水两用涡轮机的相对内效率为η_e,o；

水下额定工况下，空水两用涡轮机的设计指标为：额定功率P_0,O、涡轮前总温T_0,o、涡轮前总压p_0,o、涡轮背压p_e,o；

将OTTO-Ⅱ燃气在涡轮机内的热力学过程视作一个等熵膨胀过程，故工质在涡轮机内的理论焓降Δh_o为：

式中，C_p,o为OTTO-Ⅱ燃气的定压比热容；B_t,o为水下工况下涡轮机的压比，B_t,o＝p_e,o/p_0,o；κ_o为OTTO-Ⅱ燃气的定熵指数；

将工质的理论焓降转化为涡轮的设计功率，则水下工况下的工质质量流量为：

设定涡轮喷嘴的个数为Z₀，根据超音速喷管的一维定熵膨胀过程理论，则涡轮喷嘴喉部面积为：

式中，c_cr,o为喷嘴喉部的临界声速：

R_g,o为OTTO-Ⅱ燃气的气体常数，ρ_cr,o为喷管喉部工质密度，表示为：

式中，ρ_c,o为工质的滞止温度下工质的密度，具体表示为：

B_cr,o为临界压比：

则喷管得喉部直径为：

忽略工质在喷管内的流量损失，则喷管有效出口直径为：

式中，c_ft,o为钻孔喷嘴出口实际速度为：

为钻孔喷嘴的速度系数；

钻孔喷嘴出口最小直径d_1,o及水下涡轮机的部分进气度ε₀分别为：

α_1,o为钻孔喷嘴的斜切角即OTTO-Ⅱ燃气工质流体的绝对进气角。