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1、2011蓬第37卷第3期Vo1．37No3Jun20114口／41基于能量法的跨聲速風(fēng)扇葉片氣彈穩(wěn)定性研究趙瑞勇’，楊慧，王延榮(1．西安航天動(dòng)力研究所，西安710100；2．北京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，北京100191)摘要：基于能量法原理，采用弱耦合的方法對(duì)跨聲速風(fēng)扇葉片進(jìn)行氣彈穩(wěn)定性分析；采用3維線性插值算法編程實(shí)現(xiàn)CSD／CFD數(shù)據(jù)交換。利用有限元法計(jì)算葉片的模態(tài)振型和固有振動(dòng)頻率；應(yīng)用FLUENT動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，對(duì)NASAR67風(fēng)扇葉片在不同模態(tài)振動(dòng)下的非定常流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，給出在前3階模態(tài)振動(dòng)下葉片表面的周期累積氣動(dòng)功和氣動(dòng)阻尼，并探討了激波對(duì)跨聲速風(fēng)扇葉片
2、氣彈穩(wěn)定性的影響。關(guān)鍵詞：葉輪機(jī)；風(fēng)扇葉片；能量法；模態(tài)；動(dòng)網(wǎng)格；氣動(dòng)功；CSD／CFDRearchonAeroelasticStabilityofTransonicFanBladeBasedonEnergyMethodZHAORui—yong，YANGHui，WANGYan—rong2趙瑞勇(1984)，男，碩士，從事發(fā)動(dòng)(1．XianAerospacePropulsionInstitute，Xian710100，China；機(jī)振動(dòng)和氣動(dòng)彈性、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵設(shè)計(jì)和研究。2．SchoolofJetPropulsion，BeihangUniversity，Beijing，
3、100191，China)Abstract：Basedonenergymethod，theaeroelosticstabilityoftransonic_，blade∞收稿日期：2010—06—06analyzedbyweakcouplingmethod．ThedxttaexchangeofCSD／CFDwasachievedbythe3Dlinearinterpolationmethod．ThemodeshapeandnaturalfrequencyoftheblamewascalculatedbytheFiniteElementfFE1method．Thenumerica
4、lsimulationoftheunsteadyflowfieldforNASAR67fanbladeinthedifferentvibrationmodeswasconductedbytheFLUENTdynamicmeshtechnology．Thecycleaccumulated(1~FOdynamicworkandaerodynamicdampingOfbladesulfacesatthestthreevibrationmodewasobtained．Theeflbctofshockwaveontheaeroelosticstabilityoftransonicfan
5、bladediscussed．Keywords：turbomachinery；fanblade；energymethod；mode；dynamicmeshgrid；aerodynamicwork；CSD／CFD事。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中，必須避免發(fā)動(dòng)機(jī)在整0引言個(gè)飛行包線范圍內(nèi)發(fā)生顫振。各類葉片顫振都屬于現(xiàn)代葉輪機(jī)械正朝著高性能和大容量方向發(fā)展，氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性問(wèn)題。氣動(dòng)彈性試驗(yàn)破壞性極大，因由流體誘發(fā)的葉片振動(dòng)問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重lll。其中顫此，通常應(yīng)用計(jì)算機(jī)和CFD技術(shù)對(duì)氣彈穩(wěn)定性進(jìn)行振就是1種典型的流體誘發(fā)自激振動(dòng)f2_。嚴(yán)重的葉片數(shù)值仿真研究。葉輪機(jī)自身十分復(fù)雜，采用直
6、接流固顫振可能破壞發(fā)動(dòng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)，甚至導(dǎo)致整架飛機(jī)失耦合(FSI)計(jì)算分析耗時(shí)長(zhǎng)，很難讓人接受；目前。廣201鞲3幫3Vol37No3201{泛采用能量法進(jìn)行葉輪機(jī)械顫振研究，通過(guò)計(jì)算以轉(zhuǎn)假設(shè)叫片在做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的情況下引入運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格，子振動(dòng)的某一自然振型表現(xiàn)的顫振與流場(chǎng)之間的能并對(duì)柱坐標(biāo)系下的雷諾平均N—S方程進(jìn)行求解來(lái)得量平衡來(lái)預(yù)測(cè)顫振。計(jì)算中通常忽略非定常氣動(dòng)力對(duì)到振動(dòng)葉片所受到的非定常氣動(dòng)力以及氣動(dòng)所做振動(dòng)模態(tài)的影響。因此，該方法實(shí)質(zhì)上是不耦合，或精的功。確地說(shuō)是弱耦合的，也就不包括非定常氣動(dòng)力對(duì)振型柱坐標(biāo)系(，r，)下帶有角速度為和有限體積和頻率的反饋影響?；谀芰糠ǖ暮?jiǎn)
7、化方程之所以應(yīng)表面運(yùn)動(dòng)速度【M，)的3維積分型N-S方程為用廣泛，主要是因?yàn)樽饔糜谌~片的非定常氣動(dòng)力與力矩對(duì)金屬葉片的振動(dòng)模態(tài)與頻率影響較小，可以獨(dú)立魯小E-U~mg)tt’e+(F-+(G-Ultg·進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析與非定常氣動(dòng)分析，極大簡(jiǎn)化了分析工作。在葉片氣動(dòng)彈性仿真計(jì)算中，由于結(jié)構(gòu)變cL4：9s(3)A形，每一計(jì)算時(shí)間步都需要生成自適應(yīng)計(jì)算網(wǎng)格。采用式中：f／為氣動(dòng)參數(shù)；E、F、G為無(wú)黏通量；．為源項(xiàng)。合理的網(wǎng)格更新方法嘲和尋求高效率、高精度的CSD／CFD數(shù)據(jù)交換方法是耦合技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。具
