无人车辆在地面战争中具有无人化、数字化和信息化的优势;通过加载不同的装备,可应用于核辐射、爆炸和生化等复杂战场,也可以加载常规作战武器直接参与地面作战,减少人员伤亡。动力系统是无人车辆的重要组成部分。目前,无人车辆的动力系统大多数采用的是电池、活塞发动机或者混和动力技术。与活塞式发动机相比,涡轮发动机具有重量轻、功重比大、功率体积比大、振动小、体积小、易启动和便维修的优点。同等条件下,在无人车辆上应用涡轮发动机带动发电机的混合动力电驱动系统,可减轻无人车辆动力系统的质量,携带更多燃油,使车辆航程大幅度增加。本文通过利用大型飞机上的GTCP131-9D辅助动力装置,去掉负载部件仅保留其核心机,结合现有的发电机和本文设计的后置涡轮,三者共同构成涡轮发电机,为无人车辆提供更加轻量化和大航程的动力系统。后置涡轮结构设计的具体研究内容如下:(1)后置涡轮设计点的总体性能设计。在基本假设的前提下,系统分析后置涡轮发动机相关热力特性的参数,采用变比热法计算涡轮发动机的热力学循环过程,利用C++语言编写后置涡轮总体性能设计程序,计算得到后置涡轮的总体性能参数。如果直接将其应用于无人车辆,将存在后置涡轮单位功耗油率较高,经济性较差的问题,因此对上述计算得到的总体性能参数进行优化,使无人车辆具有较好的经济性,且与所选辅助动力装置参数能够很好的匹配。(2)后置涡轮设计点气动结构设计。根据叶栅理论和速度三角理论,计算后置涡轮静转子叶型设计过程,通过C++语言编写后置涡轮设计点气动结构设计程序,以优化后的后置涡轮设计点总体性能参数为输入,依照后置涡轮的转子转速、出口气流流动角等选择条件,确定了后置涡轮的设计点气动结构设计参数。最终通过以上所得结果,设计出了更具优势的后置涡轮结构,为无人车辆提供了更加轻量化和大航程的动力系统。(3)后置涡轮的结构强度分析。由于后置涡轮转子的结构具有对称性和循环性,因此通过CATIA建立涡轮转子中的叶片及部分轮缘的三维实体模型。利用ASNSYS软件对其强度进行了分析,根据后置涡轮应力应变大小及分布规律分析可知,后置涡轮的结构强度满足无人车辆设计要求。本文通过后置涡轮设计的相关理论,采用C++语言编写了后置涡轮的总体性能和气动结构设计程序,最终获得了后置涡轮总体结构的设计参数。同时,利用得到的相关参数建立后置涡轮叶片及部分轮缘的有限元模型,对其结构强度进行了分析,以验证结构设计的正确性。