一种超高速特斯拉涡轮式煤油发电机的研究

孙东宁，刘会祥，朱 熠，夏银亮，李 娜

（1.北京精密机电控制设备研究所，北京，100076;2.航天伺服驱动与传动技术实验室，北京，100076）

0 引 言

引流高压煤油伺服电源利用引流发动机的高压煤油做功，带动高速发电机进行发电，在电源管理模块的调控下为发动机摇摆采用的电静压伺服系统进行供电。本文提出一种超高速特斯拉涡轮式煤油发电机方案[1]，采用引流火箭发动机高压煤油作用在特斯拉涡轮转子叶片上，将流体作用于叶片的流体剪切力转化为向外输出的旋转机械能，驱动发电机同步旋转进行发电。

特斯拉涡轮机的原理是流体的边界层效应（Boundary Layer Effect），流体受黏滞力影响，会在管壁或者其它物体边缘形成一层很薄的边界层，在边界层内，固定表面的流速为0，离表面越远速度越大[2]。利用这个效应就可以让高速运动的流体带动一组圆盘转动，它的效率比普通的叶片涡轮机高得多。特斯拉涡轮[3]的一组薄板圆盘安装在涡轮内套的轴进行旋转，高速的蒸汽进入在薄板圆盘边缘，蒸汽流动状态是向内自由涡旋路径，最终在中心排气口流出。除与蒸汽压力及流速、流量有关外，还取决于流体粘附和粘度性质。

其中，佛罗伦萨大学能源工程部提出了一种应用于有机朗肯循环的特斯拉涡轮设计和优化方法[4]，可用于小微发电系统。在有机朗肯循环应用程序中，低成本组件对于开发剩余压降非常有吸引力，在研究中通过评估各部件的损耗，并引入一个创新的转子模型，实现了一种全程优化方法。……