学号姓名成绩《冲击式涡轮和反力式涡轮的设计计算》总结：对冲击式涡轮和反力式涡轮进行设计计算，得到计算结果，具体见表1和表2。

表1 反力式涡轮的计算结果表2 冲击式涡轮的计算结果根据计算结果，我们对比可以得到冲击式涡轮和反力式涡轮的相同点 是：冲击式涡轮和反力式涡轮在计算功率时，均由泵的功率决定，由T P N N =∑计算。

不同点具体见表3.表3 反力式涡轮和冲击式涡轮的比较1. 冲击式涡轮出口压力值取决于涡轮排气是直接排入周围环境还是导入辅助喷管，但两种情况下出口压强和反力式相比均很小。

而反力式涡轮通常用于补燃式的液体火箭发动机中的涡轮泵中，所以在不记喷注器压降的条件下，涡轮的出口压力等于燃烧室的压力。

2.在计算反力式涡轮的参数时，由于反力度容易确定，在分析过程中广泛采用热力反力度。

反力式涡轮的设计计算一.反力式涡轮参数的选择在具有冲击式涡轮的供应系统(无补燃发动机系统)中，由燃气发生器产生的富燃燃气驱动涡轮，涡轮不冷却，富燃燃气的温度在1000～1200K 的范围内，比富氧燃气的允许温度(600～800K)高得多。

另外，富燃燃气的气体常数比富氧燃气的气体常数大一些，这些都有利于减小需通过涡轮的燃气流量。

涡轮流量m t q 是具有冲击式涡轮的供应系统的主要参数之一。

m t q 值越小，发动机的比冲就越高。

涡轮流量m t q 可由泵和涡轮的功率平衡：T Pf Po N N N =+泵的需用功率降低，可减小通过涡轮的燃气流量，因此应尽量提高泵的效率。

选定泵的结构并确定其效率后，可根据功率平衡求出所需的涡轮燃气流量，由此确定涡轮的效率。

涡轮入口压力(燃气发生器压力)取决于氧化剂泵的出口压力。

当用燃料冷却推力室时，燃料泵出口压力比氧化剂泵的出口压力高。

涡轮出口压力之值取决于涡轮排气是直接排入周围环境还是导入辅助喷管。

冲击式涡轮计算的原始数据为：(1)涡轮的设计功率：涡轮功率T N 由泵所需的功率决定，由涡轮泵装置设计任务给定：其中，T N —涡轮的设计功率，又称涡轮的轴功率；Pf N —燃料泵的轴功率； Pf N —氧化剂泵的轴功率。

(2)涡轮的设计角速度：涡轮的设计转速ω由泵不发生汽蚀时允许的最大角速度确定；(3)涡轮工质的物理常数和温度：涡轮进口总压*0P 、进口总温*0T 、和出口静压2P ；涡轮工质的绝热指数k 和气体常数R 。

二.反力式涡轮参数的选择1.反力式式涡轮基本参数的确定1)涡轮功率 T 4300kw N = (由涡轮泵的计算得出)2)角速度 2410rad/s ω= (由泵的计算得出) 3)燃气流量 T 85kg/s m = (由涡轮泵的计算得出)4)入口滞止压强 *14MPa p = (由涡轮泵的计算得出)5)出口压力 210MPa p = (由涡轮泵的计算得出)6)入口滞止温度 *0700K T = (给定) 7)气体常数 280J/(kg K)R =⋅ (给定) 8)绝热指数 1.33k = (给定)2.涡轮圆周速度和平均直径的确定9)(膨胀)压比 1.4δ= (给定) 10)绝热功*4ad 011.3311.331 1.331[1]280700[1] 6.331011.331()(1.4)k kkL RT J k δ--=-=⨯⨯-=⨯-- 12)反力度 T 0.2ρ= (给定) 13)速度比ad0.52uc = 14)绝热速度ad 355.73/c m s ===ad c 为T 0ρ=是静叶喷嘴出口的绝热速度15)圆周速度 0.520.52355.73184.98/ad u c m s ==⨯=16)平均直径 ave 22184.980.15352410uD ω⨯===3.喷嘴叶栅高度的确定17)喷嘴静叶的绝热功441ad T 0ad (1)(10.2) 6.3310 5.0610L L J ρ=-=-⨯⨯=⨯由2ad 1ad T 0ad 0ad1L LL L ρ==-计算得到。

18)喷嘴出口的绝热速度1ad 355.73318.17/c c m s ===由ad 1ad c c =19)喷嘴静叶速度系数(一次近似值) 0.97ϕ= (给定) 20)喷嘴静叶出口流速 11ad 0.97318.17308.63/c c m s ϕ==⨯= 由11adc c ϕ=计算得到。

21)喷嘴出口的临界声速cr 473.03/a m s === 22)喷嘴静叶内燃气折合速度 111308.630.6525473.03c cr c a λ=== 23)喷嘴折合流量1111/(1)2c c c 1/(1.331)211()1211.331 1.3310.652510.65250.85852 1.331k k k q k λλλ--⎡+-⎤⎛⎫=-⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦⎡+-⎤⎛⎫=⨯-⨯= ⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦24)喷嘴总压恢复系数11/(1)2 1.33/(1.331)21221 1.3310.6525111 1.3310.970.98391 1.331110.65251 1.331k k c c k k k k λϕσλ--⎡⎤⎛⎫⎡⎤--⎛⎫⎢⎥--⨯ ⎪⎢⎥⎪++⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎢⎥===⎢⎥--⎢⎥--⨯⎢⎥⎢⎥++⎢⎥⎣⎦⎣⎦25)气流角（喷嘴出口角） 124α=︒ (给定) 26)喷嘴静叶叶片高度(一次近似值) 给定涡轮的燃气质量流量mT 85/s q Kg =1c ave 01c 10.024h m ===其中n为多变指数，0.6726n ===；4.喷嘴叶栅参数的确定27)喷嘴静叶叶片的气流入口角090α=︒28)喷嘴静叶出口按绝热速度计算的马赫数1c M 0.6441ad===其中，1ad 1ad c 1cr 318.170.6726a 473.03c λ=== 29)喷嘴出口马赫数有效叶栅角（或称为出口构造角）11effective sin sin kαα=式中，k 为经验系数，其实用来考虑叶栅通道内的粘性、尾缘楔角和尾缘转折角（叶背喉部处切线与尾缘切线的夹角）的影响。

当叶栅出口的燃气速度接近声速时，1k =；当燃气速度较低时（0.5Ma ≤）， 1.08k =11effective sin sin 24sin 0.40671k αα︒=== 30)相对叶栅节距 c t 0.79= (在最佳值范围内给定) 31)叶片安装角 4520χ'=︒ (根据叶栅特性确定) 32)叶轮宽度 c 0.013b = (给定)33)叶片弦长 c bc 0.0130.01827sin sin 4520'b b m χ===︒ 34)叶栅节距 c c bc 0.790.018270.01443t t b m ==⨯= 35)喷嘴静叶叶片数 avec c0.1535340.01443D z t ππ⨯===36)叶片相对高度c bc 0.024 1.310.01827h b == 37)叶栅内的损失系数 c 0.05ζ= (根据叶栅特性确定) 38)叶栅速度系数由2c 1ζϕ=-0.9747ϕ===5.轴向间隙内气流参数的确定39)喷嘴出口总压 **1100.98391413.77p p MPa σ==⨯= 40)喷嘴出口静压1/(1)2111.33/(1.331)21111.33113.7710.652510.721.331k k c k p p k MPaλ-*--⎛⎫=- ⎪+⎝⎭-⎛⎫=⨯-⨯= ⎪+⎝⎭41)喷嘴出口静温122101 1.331170010.6525657.851 1.331c k T T K k λ*--⎛⎫⎛⎫=-=⨯-⨯= ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭42)喷嘴出口气体密度 6311110.721058.20/280657.85p Kg m RT ρ⨯===⨯43)喷嘴出口声速494.96/a m s == 44)喷嘴出口马赫数 11308.63M 0.6235494.96c a === 45)工作叶轮叶栅入口相对速度1w 158.62/m s ===46) 工作叶轮叶栅入口相对运动滞止温度101**2w 1211(2cos )11.3317001(20.39110.6525cos 240.3911)668.981.331c u u k T T k Kλλαλ-⎡⎤=--⎢⎥+⎣⎦-⎡⎤=⨯-⨯⨯⨯︒-=⎢⎥+⎣⎦其中，cr 184.980.3911473.03u u a λ=== 47)工作轮入口相对运动的临界声速cr w 462.43/a m s === 48)工作轮入口折合速度 11w crw 158.620.3430462.43w a λ=== 49)工作轮入口折合流量1111/(1)2w w w 1/(1.331)211()1211.331 1.3310.34310.3430.51782 1.331k k k q k λλλ--⎡+-⎤⎛⎫=-⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦⎡+-⎤⎛⎫=⨯-⨯= ⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦50)工作轮入口相对运动的马赫数10.3205w M ===51)工作轮入口相对运动的总压11111111112c ****1w c **2111.331.3312211()1()/()1()111.33110.65251.33113.7713.111.33110.3431.331k k c w w w k p p k p p p p k p p k MPaλπλπλλ---⎛⎫- ⎪+==⨯= ⎪- ⎪-+⎝⎭-⎛⎫-⨯ ⎪+=⨯= ⎪- ⎪-⨯+⎝⎭6.叶轮叶栅参数的确定52)工作轮叶片入口高度1c hub 0.0240.0020.0010.027m h h h h π=+∆+∆=++= 10.027m h π=(给定hub 0.002m h ∆=，0.001m h π∆=)53)工作轮气流入口角1111sin sin 24arctgarctg 5219'cos /cos24184.98/308.63u c αβα︒===︒-︒-54)工作叶轮出口绝热速度2ad 224.67/w m s ===55)工作叶轮出口折合的绝热速度2ad2ad cr w224.670.4858462.43ww a λ===56)工作叶轮出口按绝热速度计算出的马赫数2ad0.4578w M ===57)工作叶轮出口速度系数(一次近似值)0.95ψ=58)工作叶轮出口相对流速22ad 0.95224.67213.44/w w m s ψ==⨯=由22adw w ψ=得出。

59)工作叶轮出口折合速度22cr w 213.440.4616462.43w w a λ=== 60)工作叶轮出口折合流量2221/(1)2w w w 12 1.33111()1211.330.66821 1.3310.4616[(10.4616)]2 1.3310.6682k k k q k λλλ--⎡+-⎤⎛⎫=-⎪⎢⎥+⎝⎭⎣⎦+-=⨯-⨯+=61)工作叶轮总压恢复系数22/(1)2 1.33/(1.331)22221 1.3310.4616111 1.3310.950.98571 1.331110.46161 1.331k k w w k k k k λψσλ--⎡⎤⎛⎫⎡⎤--⎛⎫⎢⎥--⨯ ⎪⎢⎥⎪++⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎢⎥===⎢⎥--⎢⎥--⨯⎢⎥⎢⎥++⎢⎥⎣⎦⎣⎦62)工作叶轮出口相对运动的气流出口角1222ave w 2w sin β=取120.027h h m ==ave122w 2w 2685arcsin2907'0.153513.11100.98570.66820.67260.027βπ===︒⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯63)工作叶轮出口有效叶栅角22effective sin sin kββ=式中，k 为经验系数，其实用来考虑叶栅通道内的粘性、尾缘楔角和尾缘转折角（叶背喉部处切线与尾缘切线的夹角）的影响。