检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王昊上海交通大学

学位级别：博士

压气机内部的流动不稳定性问题一直是学术界和工业界关注的焦点,因为它对压气机的性能、噪音产生和安全运行都有重要影响。最被广为熟知的压气机内部气动不稳定性现象是旋转失速。近二十年,一种新的气动不稳定性问题被学者们越来越多的... 详细信息

压气机内部的流动不稳定性问题一直是学术界和工业界关注的焦点,因为它对压气机的性能、噪音产生和安全运行都有重要影响。最被广为熟知的压气机内部气动不稳定性现象是旋转失速。近二十年,一种新的气动不稳定性问题被学者们越来越多的关注——旋转不稳定性现象,它可以被看成是一个脉动的流体扰动结构在转子中周向传播,通常出现在大叶顶间隙和高负载的情况下。旋转不稳定性会导致叶顶间隙噪音的增强,一定情况下会触发高幅值的叶片振动。本文以低速轴流压气机为对象,对压气机转子的旋转不稳定性与叶顶区域非定常流动的关联性进行系统的研究。通过气动特性测试、动态压力测试、TR-PIV速度场测量以及全通道非定常数值模拟,在掌握旋转不稳定性的频率特性、周向传播特性和模态特性的基础上,详细分析转子叶顶区域复杂涡流场的非定常特征,区分了流场中不同的涡流结构及其非定常振荡导致的频率。建立了叶顶泄漏流振荡的周向传播模型,并发现了其与旋转不稳定性现象的联系。本文主要研究内容包括:1.搭建了适用于研究气动不稳定性的轴流压气机实验台,对压气机转子进行了气动特性实验,并利用五孔探针测量了不同流量下转子下游的气动参数分布。在此实验台上对叶顶区域流动进行了详细的动态压力测试和TR-PIV速度测试。同时,建立了适合研究叶顶区域不稳定流动的数值模拟方法,采用全通道非定常计算,并以多种不同的方式分别在相对和绝对坐标系下布置压力监测点,以捕捉叶顶区域的压力脉动特征。2.利用在转子机匣上周向布置的高频响动态压力传感器,测量叶顶区域的压力脉动信号。通过压力信号进行频谱分析及互相关处理,确定了旋转不稳定性产生的工况范围,并分析了其频率特性及周向传播特性。在对全通道非定常数值模拟结果进行验证的基础上,以与实验测量等效的方式对数值模拟结果进行压力信号采集及数据处理。在数值模拟结果中捕捉到了与实验测量一致的旋转不稳定性现象,并应用模态分解技术得到了组成旋转不稳定性扰动的各阶模态波成分。3.利用TR-PIV测速技术,在不同工况下测量了转子叶顶区域不同弦向切面的速度场;并利用沿弦向布置的动态压力传感器,结合锁相平均数据处理方法,获得了不同流量下叶顶区域blade-to-blade面的压力分布及脉动特征。速度场和压力场测试的结果都显示,随着流量减小叶顶区域流场脉动逐渐增强,且脉动特征与叶顶泄漏流的发展具有高度相关性。4.利用数值模拟结果对转子叶顶区涡流场的非定常振荡特性进行细致的分析,发现了两种流动不稳定机制的存在:一种是叶顶泄漏涡的振荡,一种是前缘诱导涡的周向迁移。叶顶泄漏涡的振荡是由叶顶泄漏涡与相邻叶片发生干涉导致的,其振荡频率与旋转不稳定性频率吻合;前缘诱导涡在转子的近失速工况下出现,它是在叶顶泄漏流、主流和动叶前缘三者的相互作用下产生,它的周向迁移导致了一个低阶模态扰动在转子中传播,这个扰动的脉动幅值远低于旋转不稳定性的脉动幅值。5.叶顶泄漏流的振荡在转子叶排的不同流道中具有相位延迟现象,这可以看成是一个沿转子周向传播的流体扰动。基于对相位延迟振荡特征的详细分析,利用理论分析方法,建立了叶顶泄漏流振荡的周向传播模型。发现叶顶泄漏流导致的周向传播扰动具有不同的模态成分,并得到了每一阶模态的特性参数的计算方法。而且通过对比发现,叶顶泄漏流振荡导致的周向传播模态特征与旋转不稳定性模态特征一致,可以说明叶顶泄漏流振荡的周向传播即是旋转不稳定性的流动机制。

关键词：轴流压气机气动不稳定性非定常流动模态分析叶顶泄漏流

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多动态参数同步测试系统构建及其应用

引用

航空学报 2014年第2期35卷 391-399页

作者：武卉杨明绥王德友高飞龙梅繁中航工业沈阳发动机设计研究所辽宁沈阳110015

压气机试验过程中虽经常需要进行气动、振动、噪声等多种动态信号的测试与分析,但多是孤立进行的,信号的同步测试和统一分析面临困难。因此对一些多物理场耦合现象研究缺乏手段,不能完成细致的描述。本文主要针对这一问题,提出了一种可... 详细信息

压气机试验过程中虽经常需要进行气动、振动、噪声等多种动态信号的测试与分析,但多是孤立进行的,信号的同步测试和统一分析面临困难。因此对一些多物理场耦合现象研究缺乏手段,不能完成细致的描述。本文主要针对这一问题,提出了一种可直接用于工程的多场动态信号统一同步测试分析方案。首先简要描述了动态测试技术在压气机气动非定常现象导致的气动、结构失稳研究方面所起到的作用,说明了针对压气机非定常现象进行多物理场动态信号同步测试分析技术研究的必要性。其次完成了多物理场动态信号同步测试分析方案设计,解决了时间同步、相位修正和同步测试分析等关键问题。最后将其应用于某航空发动机压气机的非定常故障机理研究方面,取得了较好的应用效果,充分展现了该动态测试平台在压气机非定常现象研究方面的广阔应用前景。

关键词：压气机动态测试气动不稳定性旋转失速叶片非同步振动噪声

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