【摘要】：在航空發(fā)動機中,由于上下游葉片的相對旋轉(zhuǎn),使得下游葉片長期受到上游葉片周期性尾流的沖擊,從而導(dǎo)致下游葉片出現(xiàn)氣動彈性振動甚至疲勞最終導(dǎo)致葉片損傷。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,高性能的數(shù)值模擬方法成為除實驗方法外,研究尾流激勵下的葉片氣動力和氣動彈性問題的另一種可靠的技術(shù)手段,但是其計算量大,耗時久。因此,如何提高數(shù)值模擬方法的計算效率成為了眾多研究人員研究的熱點。本文在回顧葉片氣動彈性數(shù)值計算的發(fā)展過程和分析方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合降階模型方法和影響系數(shù)法對上游尾流激勵下的葉片氣動力和葉片氣動彈性振動進行了研究。本文的主要工作如下:本文首先基于諧波平衡法,對尾流激勵下的葉片周圍流場進行了研究,提出了尾流激勵的葉片氣動力降階模型方法,并結(jié)合葉片質(zhì)心結(jié)構(gòu)運動方程,建立了尾流激勵下的葉片流固耦合分析方法。結(jié)果表明:本文所提出的氣動力降階模型方法和基于氣動力降階模型的尾流激勵的葉片流固耦合方法能快速準(zhǔn)確的分析尾流激勵下的葉片響應(yīng)。同時通過對尾流激勵的葉片氣動力降階模型方法的深入研究,發(fā)現(xiàn)小擾動情況下,尾流諧波引起的葉片氣動力諧波振幅和尾流諧波振幅之間存在一個影響系數(shù),該影響系數(shù)又只與尾流頻率有關(guān)。基于這一發(fā)現(xiàn),本文進一步提出了基于氣動力降階模型的尾流激勵的葉片氣動力影響系數(shù)模型方法。該方法首先得到若干諧波尾流引起的葉片氣動力諧波振幅與尾流諧波振幅之間的影響系數(shù),并擬合出這些影響系數(shù)與尾流頻率的關(guān)系曲線;通過關(guān)系曲線插值出任意尾流激勵下的葉片氣動力影響系數(shù),從而得到任意尾流激勵下的葉片氣動力諧波振幅,再由氣動力降階模型得到任意尾流激勵的葉片氣動力。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合葉片質(zhì)心結(jié)構(gòu)運動方程提出基于氣動力影響系數(shù)模型的尾流激勵的葉片流固耦合分析方法。計算結(jié)果表明:本文所提的基于氣動力降階模型的尾流激勵的葉片氣動力影響系數(shù)方法和基于氣動力影響系數(shù)模型的尾流激勵的葉片流固耦合方法能快速精確的分析給定頻率范圍內(nèi)的任意尾流激勵下的葉片氣動彈性響應(yīng)。
【圖文】：

圖 0.1 進口導(dǎo)流葉片尾流示意圖當(dāng)航空發(fā)動機內(nèi)部上下游葉片相對轉(zhuǎn)動時，上游葉片流場的尾流會使下游葉片表面氣動力產(chǎn)生周期性振蕩[12-16]，引起葉片強迫振動[17-19]，甚至導(dǎo)致葉片疲勞破壞[20-21]。因此，上游尾流激勵下的航空發(fā)動機葉片的氣動彈性問題得到了各國研究人員的重視。研究人員發(fā)現(xiàn)[5]：在上游尾流的周期性和非均勻性激勵下，下游葉片會出現(xiàn)三種激勵特征，即（1）上游尾流對下游葉片激勵過程中期主頻分量是葉片產(chǎn)生振動應(yīng)力的決定性因素；（2）上游尾流的幅值大小和葉片振動應(yīng)力的大小成正比；（3）上游尾流激勵的平衡值（即尾流激勵的定常壓力值）與葉片振動應(yīng)力的強度密切相關(guān)。早期研究航空發(fā)動機上游尾流激勵下的葉片氣動彈性主要是通過實驗分析完成的

示為傅里葉級數(shù)形式，從而將非線性系統(tǒng)簡化為一個上下游干涉的主要形式之一，因此，上游尾流具有強對下游葉片的沖擊和激勵，會使得下游葉片產(chǎn)生嚴(yán)重上述特性，本章根據(jù)諧波平衡法的上述特點提出了尾法，來對上游尾流激勵下的葉片氣動力進行研究。法的尾流激勵的葉片氣動力降階模型，本章以二維葉片為例，介紹尾流激勵的葉片氣動力由于上下游葉片的相對轉(zhuǎn)動，上游尾跡以速度 在進，葉片表面流場發(fā)生周期性振蕩，使得葉片表面氣動
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V231

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本文編號：2663109