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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
叶轮机械性能的不断提高，带来了风扇/压气机叶片的颤振题目。叶轮机械的颤振成为长期阻碍现代发动机发展的瓶颈，因此，建立和完善适用于工程设计需求的气动弹性稳定性数值预测方法具有重要的理论和工程意义。发展了一种基于能量法的流固弱耦合数值预测方法，成功地预测了叶轮机械叶片的气动弹性稳定性，结合开展的实验工作，在压气机特性图上给出了与实验测定结果吻合较好的压气机颤振边界，并进一步研究了某些气动参数和结构参数对风扇/压气机叶片颤振的影响规律，可以用于指导叶轮机械叶片的设计。首先，基于能量法发展了一种流固耦合数值方法用于预测叶轮机械叶片的气动弹性稳定性。将模态分析得到的叶片振动位移通过基于恒定位置矢量差的数据传递算法，借用有限元形函数插值的概念插值到流固耦合交界面的流体域网格点上，采用频域内的时间线性化方法求解通过 湍流模型封闭的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程，其中采用有限体积法实现网格离散，将叶片扇区分为叶片表面附近的O型可动域和其他区域的H型固定域，并发展一种多层动网格技术实现叶片振荡作用下可动域网格点坐标的实时更新。通过非定常分析稳定振荡后一个周期内各网格点的非定常气动力和振动位移得到非定常气动功，并采用等效粘性阻尼的假设、基于能量法推导出用于预测叶轮机械叶片气动弹性稳定性的模态气动阻尼比。发展的数值预测方法应用于某发动机第一级压气机转子叶片。在不同的等转速线上，在叶片一阶弯曲振荡作用下，非定常分析计算了叶片不同出口平均反压对应的工况，基于能量法得到不同工况的模态气动阻尼比，在压气机特性图上插值得到颤振边界，并与实验结果进行对比，吻合较好。另外，以该第一级压气机转子叶片为例，分别获得了叶片模态、折合频率、攻角、进口相对马赫数、叶间相位角等参数与模态气动阻尼比的关系，研究了这些参数对叶轮机械叶片颤振的影响规律。结果表明，叶片模态和叶间相位角对叶轮机械叶片的气动弹性稳定性均有着关键的影响作用。进一步地，通过探讨叶片吸力面激波和波后气流分离对叶片表面气动功分布的影响，给出了吸力面激波和波后气流分离的共同作用是导致叶轮机械叶片发生气动弹性失稳的重要原因的结论。为了进一步验证基于能量法发展的气动弹性稳定性数值预测方法并探讨叶片的颤振机理，某研究所在某双级压气机试验件上开展了颤振试验研究工作，测得动态压力信号、振动应力信号和振动幅值信号，并进一步分析了第二级转子叶片的颤振特性。另外，采用基于能量法发展的数值预测方法分析了该双级压气机试验件在不同工况下的气动弹性稳定性，通过模态气动阻尼比插值得到第二级压气机转子叶片的颤振边界，并与试验测得的颤振边界进行对比，吻合较好。进一步地，通过叶片表面的气动功分布与激波和波后气流分离的对应关系探讨了叶片的颤振机理。对错频在抑制颤振方面的作用进行了研究。从与叶片振荡相关的非定常气动力作用下的振动方程出发，通过坐标变换，分别得到模态坐标系和叶间相位角坐标系下的振动方程，其中，非定常气动力是基于影响系数法的线性化假设、采用流固耦合方法计算得到。以某型发动机第一级压气机转子叶片为例，特征值法分析了叶轮机械叶片在不同错频方案(包括错频模式和错频量的大小)以及不同频率分布下的气动弹性稳定性，结果表明，错频能够很好地改善叶栅的气动弹性稳定性，但是改善效果在很大程度上受叶栅的气流工况和叶片的固有振动特性的影响，因此，叶栅在给定的工况下均存在一个最稳健的错频方案(包括错频模式和错频量的大小)，通过设计错频方案可以在一定程度上改善叶轮机械的气动弹性稳定性。 |
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发表于 2022-8-26 09:40:35
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