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建筑结构学报 2023年第11期44卷 153-161页

作者：陈权牛华伟李红星姜东湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司陕西西安710075

为完善柔性光伏支架气动稳定性及阵列气弹干扰效应的研究,通过一倾角可调的柔性光伏支架气弹模型进行风洞试验,研究了不同倾角、不同风向角、不同均匀紊流风场下单柔性光伏支架气动稳定性;在此基础上,通过改变风向角、光伏支架数量和光... 详细信息

为完善柔性光伏支架气动稳定性及阵列气弹干扰效应的研究,通过一倾角可调的柔性光伏支架气弹模型进行风洞试验,研究了不同倾角、不同风向角、不同均匀紊流风场下单柔性光伏支架气动稳定性;在此基础上,通过改变风向角、光伏支架数量和光伏支架之间连接(有、无连接),对10°倾角下光伏支架干扰效应进行研究。结果表明:测试倾角中,10°倾角颤振稳定性最差;测试全风向角中,0°、15°和30°风向角结构颤振稳定性较差;紊流可以抑制光伏支架的颤振,但会增大光伏支架的抖振响应,在10°倾角、0°风向角工况下,紊流度从小于0.5%提高到5.0%、10.0%、15.0%的过程中,结构颤振临界风速分别提高2.92%、6.10%和28.38%,光伏支架的加速度响应(标准差)分别为均匀流场的1.78、4.56倍和6.12倍;阵列时,来流方向第2行受尾流影响最为剧烈,尾流的影响随着距离的增大逐渐减弱,影响区域大致在10~15 m范围内;根据阵列风振响应情况,将阵列划分为尾流区、过渡区和遮挡区;在阵列柔性光伏支架之间布置连接件会减弱阵列尾流区与遮挡区结构振动响应(结构加速度标准差最多减少了56.38%),但对于过渡区结构较为不利(结构加速度标准差增大了24.43%)。

关键词：柔性光伏支架风洞试验气动稳定性扭转振动尾流致振遮挡效应

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风力机翼型气动稳定性风洞试验研究

风力机翼型气动稳定性风洞试验研究

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作者：黄家琛石家庄铁道大学

学位级别：硕士

为了提高风电场的经济效益,水平轴风力机正朝着更长叶片和更大功率的方向发展。随着风力机叶片长度不断增加,非线性气动稳定性问题也日益凸显,已成为限制大型风力发电机组发展的技术瓶颈。针对这一挑战,设计了俯仰单自由度气动弹性风洞... 详细信息

为了提高风电场的经济效益,水平轴风力机正朝着更长叶片和更大功率的方向发展。随着风力机叶片长度不断增加,非线性气动稳定性问题也日益凸显,已成为限制大型风力发电机组发展的技术瓶颈。针对这一挑战,设计了俯仰单自由度气动弹性风洞试验系统,将三维柔性叶片简化为二维刚性叶段和弹性支撑,通过风洞测振、测压同步试验,详细研究了不同风速、安装攻角和阻尼比下翼型的扭转振动特性及流场发展机理。研究得到的主要结论如下: (1)研究发现了翼型两种类型的扭转气弹响应,第一种是由风洞内背景湍流激励引起的随机振动,振幅非常小,为静平衡状态;第二种是振幅较大、振动接近于正弦波动的失速颤振,且失速颤振存在明显的稳定性边界。 (2)对于翼型失速颤振,安装攻角存在明显的稳定性边界,且与风速和阻尼比均无关。随着攻角的增大,翼型周围流场会出现很短的一段过渡区,在过渡区内,翼型周围的流场剧烈变化,力矩系数发生突变,在气动荷载的作用下,气弹试验模型偏移安装攻角向负方向的移动过程中,如果越过过渡区,当风速足够大时,就会激发失速颤振。 (3)翼型的失速颤振被约束在特定的风速区间内,存在风速稳定性边界,且风速稳定性边界与安装攻角、阻尼比这两个参数密切相关。增大阻尼比,起振临界风速和停振临界风速均会提前,但发生失速颤振的风速区间的长度显著缩短;增大安装攻角,起振临界风速和停振临界风速均会滞后,但发生失速颤振的风速区间的长度显著延长。据此得到了翼型失速颤振风速稳定性边界的双变量拟合公式。此外,风速稳定性边界与振动频率之间呈显著正相关,与振幅之间则呈显著负相关。 (4)发生失速颤振时翼型周围的流动状态与静态翼型相比,主要区别在于,翼型振荡过程中出现了前缘涡,且前缘涡的形成和脱落会显著影响失速颤振特性。风速或阻尼比的增大推迟了上仰阶段前缘涡的形成,使得失速颤振振幅也随之减小。

关键词：风力机翼型气动稳定性风洞试验失速颤振稳定性边界

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暖机对航空发动机气动稳定性影响研究

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内燃机与配件 2024年第4期 26-28页

作者：柴政张宏宇中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015

为验证不同暖机操作对某发动机气动稳定性的影响,设计了不同的暖机操作程序,采用电容法测量了不同程序下发动机转子叶尖间隙的变化规律并评估了对发动机稳定裕度的影响。研究结果表明,暖机时间由1分钟增加到3分钟,发动机稳定裕度可提升3... 详细信息

为验证不同暖机操作对某发动机气动稳定性的影响,设计了不同的暖机操作程序,采用电容法测量了不同程序下发动机转子叶尖间隙的变化规律并评估了对发动机稳定裕度的影响。研究结果表明,暖机时间由1分钟增加到3分钟,发动机稳定裕度可提升3.42%;暖机转速提高5%,发动机稳定裕度可提升1.68%;暖机后慢车停留时间由0分钟增加到10分钟,发动机稳定裕度下降1.99%。建议通过适当提升暖机转速的方式来缩短暖机时间,以达到相同的暖机效果。

关键词：暖机气动稳定性叶尖间隙

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叶尖间隙与复杂压力畸变对压气机气动稳定性的影响研究

叶尖间隙与复杂压力畸变对压气机气动稳定性的影响研究

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作者：王昊南京航空航天大学

学位级别：硕士

旋转失速是压气机特有的不稳定流态,它可能导致压气机性能严重降低,甚至熄火,因此如何增大稳定裕度,延缓或消除旋转失速的发生,在压气机设计中备受关注。众多研究表明,旋转失速与叶尖间隙泄漏流有密切联系,泄漏涡自身的形态与不稳定性... 详细信息

旋转失速是压气机特有的不稳定流态,它可能导致压气机性能严重降低,甚至熄火,因此如何增大稳定裕度,延缓或消除旋转失速的发生,在压气机设计中备受关注。众多研究表明,旋转失速与叶尖间隙泄漏流有密切联系,泄漏涡自身的形态与不稳定性对失速起始过程有重要影响。另外,随着高性能战斗机的快速发展,进气压力畸变的形式越来越复杂,影响越来越突出:畸变不仅在空间上不均匀,且同时包含稳态分量与动态分量;它使得压气机性能下降、稳定边界右移、稳定裕度减小。因此,研究叶尖间隙与复杂压力畸变对压气机气动稳定性的影响,对高性能压气机的发展具有重要意义。本文基于课题组已有的TUSIAC(Three Dimensional and Unsteady Stall Inception Analysis Code)程序,发展了考虑叶尖泄漏流与复杂进气畸变影响的计算模型。TUSIAC程序将转/静子简化为三维激盘,并在无叶区求解欧拉方程,因此对计算资源的要求较低。本文基于Martinez-Sanchez等人在叶尖涡建模方面的探索,发展了一种与三维激盘模型兼容的叶尖涡模型,能够在一定程度上显示受叶尖涡影响区域的流场,提高了模型的计算准确性;此外,基于Habets的空间噪声合成方法,提出了一种给定动态压力畸变指数,在压气机进口施加空间分布的动态压力畸变的方法,实现了稳态压力畸变和动态压力畸变的模拟能力。基于上述数值模型,本文分别针对一台单级轴流压气机和一台两级轴流压气机,在均匀进气且无间隙、有不同大小的叶尖间隙、有不同形式的总压畸变等各种情况下,对其工作过程进行数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。基于模拟结果,对叶尖间隙和稳态、动态总压畸变影响压气机稳定性的机理取得了一定的认识,具体包括:(1)叶尖间隙使得气流通道外环形成低压区,对失速团的周向发展有利,径向发展不利,体现为失速团的径向尺寸减小、周向尺寸增大或失速团个数增多。叶尖间隙越大,压气机性能与稳定裕度下降越严重;(2)引入总压畸变后,在稳定工作状态下,低压区从畸变影响区产生,随着流量减小而逐渐向高压区延伸,最终发展为旋转失速。低压区的逐步延伸和发展使得稳定工作状态与失速工况的界限变得模糊;(3)动态总压畸变在畸变影响区激发出无规律、交替出现的低压区,可能还有高压区。随着流量减小,低压区开始向外延伸,并经历(2)所述过程,但失速团从畸变影响区产生的时刻、以及失速团的尺寸,都呈现出受随机干扰的特点。(4)在综合畸变指数不变时,提高其中动态畸变分量的占比,则压气机的压升性能与稳定性先下降,后恢复。在这个过程中,动态畸变分量的增加使性能与稳定性下降,而稳定畸变分量的减少使得畸变区的平均压力回升,又使性能与稳定性恢复,而最终体现出来的特性是这两种过程共同作用的结果。综上所述,本文所提出的数值模型能够以较少的计算资源,模拟有叶尖间隙和复杂压力畸变情况下的动态失速过程,模拟结果符合实验结果,能够体现流动机理,从而为研究叶尖间隙和复杂压力畸变条件下的压气机气动稳定性提供了一种新的方法。

关键词：压气机气动稳定性激盘模型叶尖间隙压力畸变

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低雷诺数对压气机气动稳定性影响规律及机理分析

低雷诺数对压气机气动稳定性影响规律及机理分析

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作者：牛子天清华大学

学位级别：硕士

离心压气机和轴流-离心组合压气机是航空涡轴发动机的核心部件。飞行高度增加导致的低雷诺数效应恶化了压气机稳定性,制约了先进航空发动机在高空环境工作时的稳定性。本文以某离心压气机和某轴流-离心组合压气机为研究对象,利用三维数... 详细信息

离心压气机和轴流-离心组合压气机是航空涡轴发动机的核心部件。飞行高度增加导致的低雷诺数效应恶化了压气机稳定性,制约了先进航空发动机在高空环境工作时的稳定性。本文以某离心压气机和某轴流-离心组合压气机为研究对象,利用三维数值仿真方法,研究了低雷诺数对压气机气动稳定性影响规律及机理。本文研究了低雷诺数对离心压气机稳定裕度的影响规律及机理。通过一维/三维耦合非定常仿真方法,获得了离心压气机稳定裕度随雷诺数下降的变化规律及修正公式。修正公式表明随着雷诺数的降低,离心压气机稳定裕度呈现下降趋势,雷诺数越低,稳定裕度下降越显著。在较高雷诺数范围时,气体粘性力影响不明显,离心压气机稳定裕度下降幅度较缓。当雷诺数较低时,由于气体粘性力的影响,其稳定裕度下降幅度显著增加。本文研究了低雷诺数对离心压气机旋转失速的影响规律及机理。低雷诺数效应造成附面层增厚,使得离心压气机内旋转失速团的生成频率从海平面时叶轮旋转频率的56%,下降至雷诺数指数为0.4时叶轮旋转频率的50%,旋转失速团生成频率降低。本文研究了低雷诺数对轴流-离心组合压气机稳定裕度的影响规律及机理。通过一维/三维耦合非定常仿真方法,获得了轴流-离心组合压气机稳定裕度随雷诺数下降的变化规律及修正公式。修正公式表明随着雷诺数的降低,轴流-离心组合压气机稳定裕度呈现下降趋势,雷诺数越低,稳定裕度下降越显著。在较高雷诺数范围内,该轴流-离心组合压气机失稳部件为离心段,稳定裕度下降幅度较缓。随着雷诺数降低,失稳部件由最后一级离心压气机扩展到前面的第三级和第二级轴流压气机,使得稳定裕度下降幅度显著增加。本文研究了低雷诺数对离心压气机和轴流-离心组合压气机过失速动态特性的影响规律及机理。高空低雷诺数环境造成压气机系统内绝对压力和泄压过程中压降的降低,使得离心压气机和轴流-离心组合压气机在喘振过程中的流动崩溃阶段时间增加,回流阶段时间减小。由于高空低雷诺数环境造成压气机压比下降,压气机内部压力降低,当压气机发生喘振时,较低的系统压力削弱了离心压气机和轴流-离心组合压气机所受轴向力,对喘振的危害有弱化作用。

关键词：离心压气机轴流-离心组合压气机低雷诺数气动稳定性喘振

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航空燃气涡轮发动机气动稳定性问题浅析

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机械工程与自动化 2021年第2期 182-184页

作者：蒋聪尹超中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心江苏南京210006 沈阳飞机设计研究所扬州协同创新研究院有限公司江苏扬州225000

主要讨论了航空燃气涡轮发动机中压气机部件气动失稳的典型特征,归纳了影响涡轮发动机稳定边界的主要降稳因子,并提出了当前涡轮发动机工程应用上防喘扩稳的主要措施和方法,希望能进一步促进航空工程人员对航空发动机气动稳定性问题的... 详细信息

主要讨论了航空燃气涡轮发动机中压气机部件气动失稳的典型特征,归纳了影响涡轮发动机稳定边界的主要降稳因子,并提出了当前涡轮发动机工程应用上防喘扩稳的主要措施和方法,希望能进一步促进航空工程人员对航空发动机气动稳定性问题的认识。

关键词：航空燃气涡轮发动机压气机气动稳定性降稳因子

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一种基于航空发动机整机气动稳定性实时评估的扩稳方法

一种基于航空发动机整机气动稳定性实时评估的扩稳方法

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作者：好毕斯嘎拉图杨龙龙薛海波邴连喜高为民张志舒于明袁继来陈仲光范静孙海军 110015 辽宁省沈阳市沈河区万莲路1号

本申请属于发动机设计技术领域，具体涉及一种基于航空发动机整机气动稳定性实时评估的扩稳方法。该方法包括步骤S1、确定飞行状态及发动机状态，飞行状态包括起飞与降落状态、高空小表速状态及机动飞行状态，发动机状态包括加速状态、... 详细信息

标准号: CN114912198B

本申请属于发动机设计技术领域，具体涉及一种基于航空发动机整机气动稳定性实时评估的扩稳方法。该方法包括步骤S1、确定飞行状态及发动机状态，飞行状态包括起飞与降落状态、高空小表速状态及机动飞行状态，发动机状态包括加速状态、减速状态或者稳态；步骤S2、确定风扇剩余稳定裕度及压气机剩余稳定裕度；步骤S3、若风扇剩余稳定裕度及压气机剩余稳定裕度是否小于阈值，则进行扩稳操作，包括关小风扇进口导叶角度、关小压气机导叶角度、放大喷管喉部面积、提高减速供油规律、降低加速供油规律。本申请能够根据飞机飞行状态和发动机工作状态，实时计算和监控发动机的剩余稳定裕度，采取扩稳措施，保证发动机在全包线内不发生喘振和失速。

关键词：稳定裕度压气机发动机状态飞行状态风扇供油发动机工作状态航空发动机飞机飞行状态发动机设计监控发动机气动稳定性机动飞行加速状态减速状态降落状态进口导叶喷管喉部实时计算实时评估小风扇包线喘振导叶失速稳态小表申请整机高空发动机放大减速起飞保证

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两自由度平板大幅运动的气动特性与稳定性的CFD研究

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振动工程学报 2021年第2期34卷 271-282页

作者：祝志文颜爽王钦华李加武广东省高等学校结构与风洞重点实验室(汕头大学) 广东汕头515063 长安大学公路学院陕西西安710064

为研究两自由度薄平板大幅运动的气动特性,评价其气动稳定性,基于任意拉格朗日‑欧拉描述法的动网格技术,通过有限差分法求解描述任意流变区域不可压流动的控制方程,开展了不同折减风速下薄平板竖弯和扭转运动绕流场的CFD(Computational ... 详细信息

为研究两自由度薄平板大幅运动的气动特性,评价其气动稳定性,基于任意拉格朗日‑欧拉描述法的动网格技术,通过有限差分法求解描述任意流变区域不可压流动的控制方程,开展了不同折减风速下薄平板竖弯和扭转运动绕流场的CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟。研究认为,单自由度薄平板小幅运动的气动力系统是线性和稳定的,即使单自由度大幅竖弯运动也是线性和气动稳定的。但单自由度大幅扭转运动的平板气动力系统出现非线性,并随折减风速的提高非线性变得显著,且平板将进入气动不稳定状态。另外,大幅扭转耦合不同竖弯振幅运动的平板,气动力系统均为非线性并随折减风速的提高越加显著,而该非线性主要来自扭转自由度的大幅运动;对该两自由度耦合系统,当竖弯振幅较小和折减风速较高时,气动力系统是不稳定的;但当竖弯振幅较大时,气动力系统将是稳定的。

关键词：气动稳定性薄平板大幅运动 CFD 气动力非线性

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基于柔性原理的叶片气动稳定性提升装置设计及安装方法

基于柔性原理的叶片气动稳定性提升装置设计及安装方法

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作者：袁德宣高阳张石强戴远钘 131399 吉林省白城市大安市清洁能源装备制造产业园2号

本发明提供一种基于柔性原理的叶片气动稳定性提升装置设计及安装方法，包括：将风电叶片划分为PS面、SS面和柔性尾缘，柔性尾缘为PS面和SS面后缘方向的切线延长形成，且切线的曲率一致，并根据启动特征和工艺需求确定柔性尾缘末端的宽... 详细信息

标准号: CN117365826A

本发明提供一种基于柔性原理的叶片气动稳定性提升装置设计及安装方法，包括：将风电叶片划分为PS面、SS面和柔性尾缘，柔性尾缘为PS面和SS面后缘方向的切线延长形成，且切线的曲率一致，并根据启动特征和工艺需求确定柔性尾缘末端的宽度；并在柔性尾缘的内部空间设置有至少一个柔性结构，柔性结构能够增加叶片运行边界或叶片结构安全性，通过结构胶将PS面、SS面和柔性尾缘进行粘接，柔性尾缘能够通过变形和运动将势能转化为动能。本发明通过对柔性尾缘的独立生产，使其能够符合叶片的设计需求，适用于多种应用场景，并能够通过变形和运动的方式对气动载荷进行卸载，提升风电叶片的气动稳定性和安全性。

关键词：尾缘叶片切线气动稳定性风电叶片柔性结构变形工艺需求后缘方向气动载荷曲率一致势能转化提升装置叶片结构应用场景运行边界结构胶动能卸载粘接生产

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一种发动机气动稳定性的符合性验证方法

一种发动机气动稳定性的符合性验证方法

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作者：李志平潘天宇赵雨洁朱星宇 102206 北京市海淀区学院路37号

本发明提供一种发动机气动稳定性的符合性验证方法，包括以下步骤：预估发动机型号，概念设计阶段，工程设计阶段，气动稳定性分析阶段，压气机局部需用稳定裕度评估中定量引入多因素组合畸变对压气机的耦合影响，验证阶段，以可用稳定... 详细信息

标准号: CN114912187B

本发明提供一种发动机气动稳定性的符合性验证方法，包括以下步骤：预估发动机型号，概念设计阶段，工程设计阶段，气动稳定性分析阶段，压气机局部需用稳定裕度评估中定量引入多因素组合畸变对压气机的耦合影响，验证阶段，以可用稳定裕度大于等于局部需用稳定裕度作为判断条件。本发明的发动机气动稳定性的符合性验证方法充分考虑多种降稳因素的组合影响，评估不同相位角组合和不同压力‑温度组合畸变的耦合影响，代替传统审定方法中使用的线性经验值叠加来计算多因素影响下的稳定裕度，为进一步完善审定工作中的相关符合性方法及其使用提供了宝贵经验。

关键词：气动稳定性稳定裕度符合性验证组合畸变耦合影响发动机压气机预估概念设计阶段工程设计阶段稳定裕度评估宝贵经验判断条件因素影响符合性相位角可用叠加验证引入评估分析

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