背勢流激勵葉片的氣動力響應(yīng)降階模型研究

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1、中北大學(xué)學(xué)位論文背勢流激勵葉片的氣動力響應(yīng)降階模型研究摘要航空渦輪噴氣式發(fā)動機是現(xiàn)代飛行器的主要動力設(shè)備,是集現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)大成的明珠。隨著航空工業(yè)的發(fā)展,渦輪噴氣發(fā)動機的內(nèi)部動靜葉級數(shù)越來越高,這導(dǎo)致其內(nèi)部空氣流動愈加復(fù)雜,動靜葉干涉和顫振現(xiàn)象突出。設(shè)計使用壽命長、安全性好和高可靠性的航空發(fā)動機需要對這種條件下動靜葉片的力學(xué)行為充分的了解。這給航空發(fā)動機的研制工作帶來很大的難度。高性能并行數(shù)值模擬是研究發(fā)動機內(nèi)部流動和發(fā)動機流固耦合振動的主要方法,極大的減輕了航空發(fā)動機設(shè)計研究的工作難度,給發(fā)動機設(shè)計者提供了很大的幫助。但是高性能并行數(shù)值模擬的計算工作量大,并不適合日常工作使用。為解決這一問題

2、,本文建立了背勢流激勵的上游葉片氣動力的快速分析模型,為研究動靜干涉條件下上游葉片的氣動彈性振動提供了一種新的思路。本文的主要工作和結(jié)論如下:1)本文基于諧波平衡法、Volterra級數(shù)法和線性自回歸法(ARX)等研究了航空渦輪發(fā)動機動靜葉干涉中背勢流激勵上游葉片氣動力響應(yīng)的問題。基于系統(tǒng)辨識原理,分別建立了基于諧波平衡法、Volterra級數(shù)法和線性自回歸方程法(ARX)的葉片氣動力降階模型,用以描述和研究背勢流激勵下葉片的氣動力響應(yīng)。2)由二維算例知,基于諧波平衡法的氣動力降階模型在描述單背壓激勵葉片時,葉片氣動力響應(yīng)十分準確;在描述單出口流向角變化激勵葉片時,葉片氣動力峰值偏差稍大,但總

3、體上能完整描述出口流向角激勵葉片的氣動力變化;在描述整體背勢流激勵葉片時,葉片氣動力出現(xiàn)了顯著的相位偏差,難以描述葉片的氣動力響應(yīng)。所以該基于諧波平衡法的葉片氣動力降階模型可以部分準確的描述背勢流激勵葉片的氣動力變化,可將此方法用于研究背勢流激勵葉片的氣動力響應(yīng)問題中。3)由二維算例知,基于Volterra級數(shù)的葉片氣動力降階模型在描述單背壓變化激勵上游葉片的氣動力響應(yīng)時,氣動力平衡位置出現(xiàn)明顯偏差,幅值偏差也較明顯,但基本上能描述葉片的氣動力變化;描述單出口流向角激勵葉片時,有小幅平衡位置和響應(yīng)幅值偏差,但基本上能描述葉片的氣動力變化;在描述背勢流整體激勵上游葉中北大學(xué)學(xué)位論文片的氣動力響應(yīng)

4、時模型精度很高;尤其是在面對隨機陣風(fēng)激勵時該氣動力降階模型有很高的精度,表明該模型可以精確描述葉片在隨機風(fēng)激勵時的氣動力響應(yīng)。整體上基于Volterra級數(shù)法的降階模型能很好的描述背勢流激勵葉片的氣動力變化,對于隨機風(fēng)激勵該模型有更高精度。所以可用Volterra級數(shù)法來研究背勢流激勵葉片的氣動力響應(yīng)問題。4)由二維算例知,基于ARX法的葉片氣動力降階模型在描述單背壓激勵葉片時,葉片氣動力的響應(yīng)峰值誤差較大,但對葉片氣動力響應(yīng)整體的描述還是較為精確;在描述單出口流向角激勵葉片時,模型存在誤差較大的初期振蕩,除去初期振蕩外的模型精度很高;在描述完整背勢流激勵葉片時,該模型的精度較高,無論是對葉片

5、氣動力峰值誤差還是振蕩誤差都低于單背壓或出口流向角的降階模型。所以可利用ARX方法來研究背勢流激勵葉片的氣動力響應(yīng)問題。關(guān)健詞:降階模型,諧波平衡法,Volterra級數(shù),ARX識別,背勢流,葉片中北大學(xué)學(xué)位論文AreducedordermodelforaerodynamicresponseofbladesexcitedbybackflowAbstractAviationturbojetenginesarethemainpowerequipmentformodernaircraftandarethepearlofmodernindustrialtechnology.Withthedevelop

6、mentoftheaviationindustry,theinternaldynamicandstaticleafstagesoftheturbojetenginearegettinghigherandhigher,whichleadstomorecomplexinternalairflow,andtheinterferenceofdynamicandstaticleavesandflutterphenomena.Aeroengineswithlongservicelife,goodsafetyandhighreliabilityarerequiredtofullyunderstandthem

7、echanicalbehaviorofthedynamicandstaticbladesunderthiscondition.Thisbringsgreatdifficultiestothedevelopmentofaero-engines.High-performanceparallelnumericalsimulationisthemainmethodtostudytheinternalflo

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