王新平， 党建军， 刘成勇

（西北工业大学 航海学院， 陕西 西安， 710072）

水下航行器对转涡轮发动机输出扭矩计算及仿真

王新平， 党建军， 刘成勇

（西北工业大学 航海学院， 陕西 西安， 710072）

对转涡轮发动机因其在效率、质量、陀螺力矩等方面所具有的优势， 为水下航行器增大航速和航程提供了巨大动力。文中提出了一种水下航行器发动机利用对转涡轮进行工作的新方法。通过分析对转涡轮发动机结构特点， 给出了水下航行器发动机在利用对转涡轮情况下一级涡轮和二级涡轮有效输出扭矩的理论推导； 定义了三速制工况模式， 以中间工况设计喷嘴和一级涡轮参数， 以高工况设计二级涡轮参数； 建立了对转涡轮发动机的仿真模型， 进行了3种工况模式的流场仿真。通过对理论计算值和相关仿真结果进行对比发现， 水下航行器使用对转涡轮代替常规涡轮， 可以大幅减小余速损失， 提高涡轮发动机效率， 证实文中提出的方法正确且可行。

水下航行器； 对转涡轮； 发动机； 输出转矩

0 引言

当今， 先进的对转涡轮技术已成为涡轮机发展的关键技术之一［1］。在水下航行器领域， 该技术可为提高系统输出功率提供新的解决途径［2］。传统水下涡轮机一般为单级或多级部分进气冲动式涡轮机［3-4］。单级涡轮机余速损失较大。传统多级涡轮机虽能减少余速损失， 但由于多个动叶栅的转向相同， 使其在陀螺力矩方面存在劣势。在水下涡轮机的研究中， 蒋彬等［5-6］用 CFD方法模拟气体在喷嘴和叶片中的流动过程， 并对单级涡轮的参数设计进行了改进。……