预测叶片失速颤振的一种半激盘法

本文利用一种半经验方法——变形半激盘法预测了轴流压气机（风扇）的亚/跨音速失速颤振。该模型的基本方法是:在变形激盘模型的基础上,发展简化的槽道一维非定常流动解。该模型改进了纯激盘模型中的一些不合理性。     

轴流压气机气动弹性失稳的实验研究

本文介绍了在跨音压气机试验台上对BF-1系列转子开展气动弹性失稳的实验研究工作。文中提出了实验模型的零阻尼设计原则,描述了失速颤振发生的过程。分析了失速颤振发作时的气动声学现象——一种特殊的啸声。此外还给出了两种叶尖间隙和两种叶型对失速颤振影响的实验结果。最后对经验预测方法和实验结果作了对比,符合情况较好。      

叶轮机械叶片颤振的影响参数

采用基于能量法的流固耦合数值预测方法对比研究了几个主要参数对叶轮机械叶片气动弹性稳定性的影响规律,并较深入地阐述了叶片颤振发作机理.以某型发动机第一级压气机叶片为例,在叶片的不同模态下,通过给定不同的进出口边界条件分别研究了叶片模态和叶间相位角对叶轮机械气动弹性稳定性的影响,并从叶片吸力面激波以及波后分离区共同作用的角度解释了叶轮机械叶片的颤振发作机理.计算结果表明:叶片模态和叶间相位角对叶轮机械叶片的颤振有关键性的影响,而吸力面激波以及波后分离区是导致叶片颤振发作的重要因素.      

基于修正偶极子格网法的跨音速颤振分析

针对工程上翼面的跨音速颤振计算存在的问题，阐述了修正偶极子格网法的跨音速颤振计算方法。采用较为精确的定常气动力数据，对工程上常用的偶极子格网法（DLM）的气动力影响系数矩阵（AIC）进行修正，考虑了翼型、厚度及粘性等影响非定常气动力的因素，并将改进后的非定常气动力用于某超临界机翼的跨音速域的颤振计算，结果较好地预测到了跨音速“凹坑”现象。     

复合材料超临界机翼跨音速颤振实验与数值计算研究

颤振课题是飞机设计过程中常常遇到的一个关键技术问题。以支线客机ARJ21超临界机翼颤振特性研究为背景,在俄罗斯TsAGI的T-106风洞中完成了该复合材料机翼跨音速颤振实验,基于N-S方程和无限插值方法（TFI）生成三维贴体运动网格对超临界机翼跨音速颤振进行了并行计算。结果表明：复合材料的超临界机翼在跨音速区域具有跨音速颤振＂凹坑＂现象;与风洞实验结果相比,有较好的一致性,为使用超临界机翼的运输类飞机跨音速颤振特性预计提供了一定的参考。     

一种民机颤振模型配重设计优化方法

民机跨音速颤振模型配重计算应考虑模型肋板不平行、肋板与刚轴不垂直的情况,现提出一种基于刚轴方向的质量、惯量线性拆分方法,并将该方法拓展到模型的展向重心位置配平计算中。某型民机垂尾跨音速颤振模型运用该方法进行了配重计算,试验结果显示,该垂尾跨音速颤振模型质量、惯量配平精度高,展向重心位置配平效果好,模型的动力学特性与设计目标相符。实践表明,该方法符合民机跨音速颤振模型设计规范要求及相应适航要求,可以推广到其他跨音速颤振模型的配重计算中。     

大展弦比复合材料机翼失速颤振分析

研究了大展弦比复合材料机翼在较大迎角状态下的失速颤振特性,探讨了结构几何非线性和由复合材料剪裁产生的刚度耦合效果对机翼失速颤振特性的影响.首先,将复合材料机翼建模为转角和位移均可为有限值的非线性薄壁单闭室截面Euler梁,并在综合考虑结构几何非线性、气动非线性和材料各向异性对机翼运动状态的影响的基础上,建立机翼的运动微分方程.然后,使用小扰动分析的方法得到机翼在平衡位置附近的振动方程,采用ONERA半经验的非定常失速气动力模型,获得机翼在平衡位置附近的非线性失速颤振分析方程.最后,利用谐波平衡法求解并判定机翼颤振稳定性.通过算例,首先验证了算法的正确性,然后研究了几何非线性对失速颤振的影响,并讨论不同的复合材料铺层方式导致机翼失速特性的改变.     

基于CFD/CSD耦合的叶轮机叶片失速颤振计算

为了研究叶轮机叶片的失速颤振特性,发展了一种计算流体力学与计算结构力学(CFD/CSD)时域耦合方法。该方法通过每一物理时刻CFD和CSD的循环迭代实现了耦合计算。在CFD分析中,采用鲁棒性较好的空间离散格式AUSM+-UP,并基于延迟脱体涡模型(DDES)模拟了带分离流动。在结构分析中,通过模态法构建了旋转叶片动力学方程并运用杂交多步方法进行求解。以孤立转子Rotor37为例,计算了不同工况下流场总体与细节参数,与实验结果的对比验证了CFD算法的精度。对某转子叶片进行了颤振特性研究,计算所得的广义位移时间响应曲线表明该叶片在近失速工况下会发生失速颤振,其表现形式为一阶弯曲模态发散且各阶模态之间不耦合。分析表明,流场不稳定和非定常效应是引起失速颤振的关键因素,同时折合频率的降低也会导致原本气动弹性稳定的叶片发生失速颤振。     

高速高雷诺数风洞颤振试验新技术

ＦＬ－２风洞在国内首次进行了飞机型号的跨音速风洞颤振试验。本文详细叙述了包括模型的设计、风洞的进行、模型亚临界响应的测量与数据处理等试验各技术环节的特点以及其中的技术难点和技术创新点。ＦＬ－２风洞的跨音速风洞颤振试验填补了国内大尺寸跨音速风洞颤振试验的空白,对我国航天航天的重点型号研制具有重要意义。     

评估先进飞机跨音速急剧机翼失速的综合方法

跨音速条件下的急剧机翼失速会引起非控制的滚转运动，往往会降低飞行品质、影响任务性能、降低飞行安全。最近，美国政府的一项研究项目——急剧机翼失速项目——推动了通过计算流体力学、试验空气动力学和飞行力学来探测急剧机翼失速的技术水平。因此，重要的是，将这些工具合并成一个综合的方法，不但可以识别急剧机翼失速，更可以评估急剧机翼失速引起的飞行特性，降低飞机项目的风险。评估跨音速机翼急剧失速对飞行品质的影响的主要方法是建立飞机的数学模型，精确表现飞机对急剧失速的动态响应。降低项目风险的主要方法是在采购计划中包括自由滚转风洞试验。就跨音速急剧机翼失速的评估，向飞机设计人员和项目管理人员提出了一些建议。     

蒸汽轮机叶片失速颤振的预测

本文移植了轴流压气机叶片失速颤振预测方法中一种半经验方法——变形激盘法,从自激振动的角度分析了蒸汽轮机末级工作叶片在某些工况下动应力突增的故障。本文中计算与实测值间的定性一致表明:末级工作叶片在低负荷状态的动应力突增是由于大负攻角失速颤振所引起的。本文对设计工况附近的动应力增加提出了一种解释,在设计工况叶片可能存在一种目前尚未分类过的“高负荷非失速颤振”。      

亚跨风洞中舵面亚临界颤振试验

设计了舵面颤振试验装置,在亚跨超风洞中对展弦比2．0的NACA0012矩形舵面开展了颤振试验研究。试验马赫数范围为0．3～0．75。试验采用直接观测法获得舵面在不同质量特性条件下的亚声速和接近跨声速的颤振特性。同时还采用亚临界数据分析方法对试验的扭转应变信号进行了离线分析,即通过采用ARMA方法识别扭转应变信号的阻尼和频率,并通过阻尼外插得到颤振临界动压值。研究结果表明：该试验装置可以用于在现有亚跨超风洞中开展舵面颤振问题研究。当采集的亚临界信号为典型指数衰减信号时,以ARMA方法为基础的亚临界颤振试验技术可以稳定地识别出信号阻尼和频率,并较为准确地获得舵面的颤振临界动压、颤振频率等颤振参数。     

一种高安全性颤振边界预测方法

传统的颤振试飞主要通过计算多个不同飞行状态下的阻尼比,外推出颤振临界速度,该方法存在一定的风险。为此,发展了一种基于亚临界响应的高安全性颤振边界预测方法。该方法利用三维弹性机翼在气流中的一个亚临界响应,解算出作用在机翼上的非定常模态气动力系数。通过系统辨识获得与动压无关的非定常气动力模型,进一步通过流固耦合分析求解颤振临界特性。并以AGARD 445.6机翼的颤振边界预测为例,在仿真环境中验证了该方法的可行性。在此基础上,进一步研究了一个固定马赫数下响应测试动压与颤振临界动压的比值对预测精度的影响。     

宽弦风扇叶片颤振预测的工程研究

为研究宽弦复合弯掠风扇叶片的颤振问题,以及适用于工程设计的颤振预测方法,分别采用经验法和数值模拟方法,对大涵道比风扇性能试验件叶片进行颤振预测,并将预测结果与试验结果进行对比,考察颤振预测方法的准确性和实用性。对比过程中,分析了颤振发生的机理,提出了抑制颤振的手段。结果表明:两种方法都准确地预测了风扇转子叶片发生的颤振,与试验现象吻合,计算量在可接受范围内,具备工程实用价值。     

轴流压气机进口小总压径向畸变对失速颤振的影响

对进口流场畸变失速颤振的影响进行了实验研究。实验结果表明:小的叶尖径向畸变能抑制颤振的发作。对此现象用三维变形激盘法进行了计算。计算结果与实验符合。      

压气机旋转失速特征参数的一种声学测量方法

轴流压气机旋转失速试验的重要内容之一,是通过各种测试手段来研究失速团数目、失速团旋转角速度等旋转失速特征参数与压气机气动、几何参数之间的关系,以期对于旋转失速发作机理的理解日臻深化。与现有的方法不同,本文探索一条通过声学测量与分析达到上述目的途径。现将初步试验以及相应的分析阐述如下。      

预估蒸汽轮机叶片颤振的三维方法

发展了一种可考虑叶片间相角变化的三维失速颤振预测方法。二维计算的最小气动阻尼比三维值低, 说明取特征截面的二维方法偏于保守, 且特征截面的取法具有任意性, 故二维方法仅能作为叶片颤振初步预估之用。为提高颤振预估的精度, 需用三维计算对二维计算结果进行校核。三维和二维计算均表明叶片间相角对蒸汽轮机叶片气弹稳定性影响很大, 叶片颤振预测必须考虑这一关键因素的影响。      

高低空环境下压气机叶片颤振特性研究

为了揭示高低空环境对压气机气动弹性稳定性的影响机理,采用谐波平衡技术和能量法对叶片在不同工作高度下的颤振特性进行了数值研究。结果表明:近失速二阶模态下叶片在地面和高空于不同的波节数1和2时达到最小气动阻尼状态;近失速前两阶模态下高低空叶片的气动阻尼系数(Log Dec)最小值分别为0.5460%,0.4521%和0.3460%,0.2168%,但叶尖处地面的当地Log Dec小于高空值;对于近失速一阶模态,叶片尖部的非定常压力脉动随着工作高度的变化呈现出不同的时空形态,从而导致当地积累功存在较大差异。     

跨音速颤振计算方法研究

采用快捷的动态弹性变形技术生成三维块结构动态贴体网格。结构运动方程采用二级精度的龙格—库塔时间推进。气动力求解则用非定常欧拉方程的双时间有限体积推进,外时间为物理时间,与结构运动方程同步;对每个真实物理时间步采用五步Runge Kutta时间推进进行虚拟定常迭代。针对可压流颤振计算中存在的质量不相似问题,采用变质量、变刚度的方法计算出质量匹配点处的颤振速压值,并根据颤振速压随质量或刚度倍数的变化趋势,得出可用的飞机跨音速颤振速压。对一飞机简化外形的跨音速颤振特性计算得到了合理的计算结果。     

大型复杂构件机器人加工稳定性研究进展

工业机器人正逐步应用于大型复杂构件的制造与装配领域，其加工稳定性是实现大型复杂构件高精、高效、高质量加工的基础，颤振抑制是实现机器人稳定加工的重要途径。与数控机床单一颤振类型不同，机器人加工颤振主要由再生型颤振和振型耦合型颤振构成，二者共同作用加剧了稳定性解析的复杂度。国内外学者在机器人加工颤振形成机理、颤振预测与控制等方面开展了理论与实验研究，并取得了诸多成果，但研究仍处于起步阶段。目前，机器人加工颤振产生机理尚不明确、稳定性理论解析方法尚不全面、颤振控制技术尚不成熟，工程应用尚未普及，加工稳定性研究的深度和广度仍有较大提升空间。为此，从机器人加工颤振机理、颤振规避方法、颤振抑制方法及加工稳定性应用案例分析4个方面对国内外文献进行了全面总结，并提出后续发展方向，可为大型复杂构件机器人加工稳定性的研究提供指导。