【摘要】：在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中,由于上下游葉片的相對(duì)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(dòng)彈性振動(dòng)甚至疲勞最終導(dǎo)致葉片損傷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,高性能的數(shù)值模擬方法成為除實(shí)驗(yàn)方法外,研究尾流激勵(lì)下的葉片氣動(dòng)力和氣動(dòng)彈性問題的另一種可靠的技術(shù)手段,但是其計(jì)算量大,耗時(shí)久。因此,如何提高數(shù)值模擬方法的計(jì)算效率成為了眾多研究人員研究的熱點(diǎn)。本文在回顧葉片氣動(dòng)彈性數(shù)值計(jì)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(duì)上游尾流激勵(lì)下的葉片氣動(dòng)力和葉片氣動(dòng)彈性振動(dòng)進(jìn)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(duì)尾流激勵(lì)下的葉片周圍流場進(jìn)行了研究,提出了尾流激勵(lì)的葉片氣動(dòng)力降階模型方法,并結(jié)合葉片質(zhì)心結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程,建立了尾流激勵(lì)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(dòng)力降階模型方法和基于氣動(dòng)力降階模型的尾流激勵(lì)的葉片流固耦合方法能快速準(zhǔn)確的分析尾流激勵(lì)下的葉片響應(yīng)。同時(shí)通過對(duì)尾流激勵(lì)的葉片氣動(dòng)力降階模型方法的深入研究,發(fā)現(xiàn)小擾動(dòng)情況下,尾流諧波引起的葉片氣動(dòng)力諧波振幅和尾流諧波振幅之間存在一個(gè)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(jìn)一步提出了基于氣動(dòng)力降階模型的尾流激勵(lì)的葉片氣動(dòng)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(dòng)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(lì)下的葉片氣動(dòng)力影響系數(shù),從而得到任意尾流激勵(lì)下的葉片氣動(dòng)力諧波振幅,再由氣動(dòng)力降階模型得到任意尾流激勵(lì)的葉片氣動(dòng)力。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合葉片質(zhì)心結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程提出基于氣動(dòng)力影響系數(shù)模型的尾流激勵(lì)的葉片流固耦合分析方法。計(jì)算結(jié)果表明:本文所提的基于氣動(dòng)力降階模型的尾流激勵(lì)的葉片氣動(dòng)力影響系數(shù)方法和基于氣動(dòng)力影響系數(shù)模型的尾流激勵(lì)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(lì)下的葉片氣動(dòng)彈性響應(yīng)。
【圖文】：

圖 0.1 進(jìn)口導(dǎo)流葉片尾流示意圖當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部上下游葉片相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上游葉片流場的尾流會(huì)使下游葉片表面氣動(dòng)力產(chǎn)生周期性振蕩[12-16]，引起葉片強(qiáng)迫振動(dòng)[17-19]，甚至導(dǎo)致葉片疲勞破壞[20-21]。因此，上游尾流激勵(lì)下的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的氣動(dòng)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(lì)下，下游葉片會(huì)出現(xiàn)三種激勵(lì)特征，即（1）上游尾流對(duì)下游葉片激勵(lì)過程中期主頻分量是葉片產(chǎn)生振動(dòng)應(yīng)力的決定性因素；（2）上游尾流的幅值大小和葉片振動(dòng)應(yīng)力的大小成正比；（3）上游尾流激勵(lì)的平衡值（即尾流激勵(lì)的定常壓力值）與葉片振動(dòng)應(yīng)力的強(qiáng)度密切相關(guān)。早期研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)上游尾流激勵(lì)下的葉片氣動(dòng)彈性主要是通過實(shí)驗(yàn)分析完成的

示為傅里葉級(jí)數(shù)形式，從而將非線性系統(tǒng)簡化為一個(gè)上下游干涉的主要形式之一，因此，上游尾流具有強(qiáng)對(duì)下游葉片的沖擊和激勵(lì)，會(huì)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(diǎn)提出了尾法，來對(duì)上游尾流激勵(lì)下的葉片氣動(dòng)力進(jìn)行研究。法的尾流激勵(lì)的葉片氣動(dòng)力降階模型，本章以二維葉片為例，介紹尾流激勵(lì)的葉片氣動(dòng)力由于上下游葉片的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，上游尾跡以速度 在進(jìn)，葉片表面流場發(fā)生周期性振蕩，使得葉片表面氣動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V231

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本文編號(hào)：2663109