三維葉片顫振與葉片設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、顫振是困擾現(xiàn)代航空葉輪機(jī)械發(fā)展的主要障礙之一，很多葉片斷裂事故都是由于顫振造成的。隨著現(xiàn)代葉輪機(jī)械向著大功率、高負(fù)荷、高性能發(fā)展，隨著葉片長度不斷增加，以及葉片減重等因素導(dǎo)致葉片的剛性越來越小，葉片發(fā)生氣動(dòng)彈性不穩(wěn)定性——顫振的可能性也愈來愈大。所以，預(yù)報(bào)顫振發(fā)生幾率，避免葉片顫振的研究工作在葉輪機(jī)械氣動(dòng)彈性力學(xué)學(xué)科中占有越來越突出的地位。本文運(yùn)用由計(jì)算流體力學(xué)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析方法建立的三維葉片顫振數(shù)值分析預(yù)估系統(tǒng)對直葉片和三維風(fēng)扇葉片

2、進(jìn)行了顫振分析，并在此基礎(chǔ)上改變?nèi)~型的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行了三維葉片顫振與葉片設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性的研究。 本文在三維振動(dòng)葉柵非定常粘性流動(dòng)計(jì)算中，采用三階無波動(dòng)、無自由參數(shù)的耗散差分格式(NND格式)數(shù)值求解Navier-Stokes方程，以保證跨音速葉柵流場激波的高分辨率和激波形狀位置的正確性。湍流模型采用CFD計(jì)算中廣泛使用的Baldwin-Lomax湍流模型，它是一種代數(shù)模型，不增加求解方程的數(shù)目，計(jì)算量相對較少。對于非定常流求解，運(yùn)

3、用一種全隱式雙時(shí)間加速算法，盡可能使這種非定常粘性流場的計(jì)算能適應(yīng)在工程設(shè)計(jì)環(huán)境下的應(yīng)用。 將振動(dòng)葉柵三維流動(dòng)數(shù)值模擬與振動(dòng)葉片結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析相結(jié)合，計(jì)算葉片上的非定常氣動(dòng)力及氣動(dòng)力做功的大小，最后由能量法來評估顫振發(fā)作的幾率。由此建立了三維葉片顫振數(shù)值分析預(yù)估系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)對直葉片和三維風(fēng)扇葉片的顫振特性進(jìn)行了評估。 在原直葉片與三維風(fēng)扇葉片的基礎(chǔ)上，通過編程設(shè)計(jì)手段改變其設(shè)計(jì)參數(shù)，使得葉片的展弦比，最大相對厚度