项目名称: 叶轮机叶片流致振动的数值预测与错频抑颤机制

项目编号: No.51475022

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 王延荣

作者单位: 北京航空航天大学

项目金额: 83万元

中文摘要: 航空燃气涡轮发动机在研制和使用中常因流致振动(主要包括颤振和强迫振动)引起风扇/压气机转子叶片等薄壁结构件的高循环疲劳失效问题,导致其结构可靠性降低。本项目拟在颤振和强迫振动响应两个方面,针对轴流压气机转子叶片,开展气动弹性问题数值预测方法研究。主要研究内容包括:基于移相边界条件的能量法;考虑实际结构耦合因素下的错频抑颤机理及主控因素影响规律;错频抑颤效果对随机失调因素的敏感性;叶尖间隙对轴流压气机转子叶片气动弹性稳定性的影响规律;发展一种非线性深度耦合的气动弹性问题分析方法,并将数值预测结果与试验实测结果进行对比,以考核、验证所发展的模型、算法与软件工具。本项目研究有助于人们对轴流叶轮机械流致振动机制的认识,掌握主控参数的影响规律;并可为航空轴流压气机/风扇叶片设计提供有效的数值预测方法,减少由于气动弹性问题导致的结构失效,为从根本上突破与解决叶片等薄壁结构的高循环疲劳问题提供理论方法。

中文关键词: 叶轮机械;气动弹性力学;颤振预测;流固耦合;数值模拟

英文摘要: During the research and development, as well as in-service of aircraft gas turbine engine, the flow-induced vibration (mainly including flutter and forced response) frequently leads to high cycle fatigue and decreases the structural reliability of fan and compressor rotor blades and the other thin-shelled components. This project focuses on the research and development of the numerical prediction methodology of flow-induced vibration of rotor blades in the axial flow compressor with the emphasis on flutter and forced response, in which the research will be done on the following respects: the development of energy method based on phase-shifted periodic boundary for flutter prediction, the investigation on the mechanism of mistuning of blades and its effects on suppressing flutter with the consideration of real structural coupling, the investigation on the sensitivity of intentional mistuning to the random mistuning on the effects for flutter suppesion, the effects of radial tip clearance of baldes on the aeroelastic stability of axial compressor rotor, and the development of a fully coupled nonliear approach for the aeroelasticity problem of rotor blades in a compressor by the comparison of the numerial prediction results with the data measured on the test rig to assessing and validating the developed model, algorithm and the software. The implementation and achievements of this project will be helpful to enhancing the understanding of aeroelastic phenomenon and mechanism, to grasping the effects of main influencing factors on flow-induced vibration, to decreasing the failure rate of components due to aeroelastic problems, and to providing the theory and method physically to solving and breaking through the high cycle fatigue problems of thin-walled structures (such as blades) due to the vibration in gas turbine engines.

英文关键词: Turbomachines;Aeroelasticity;Flutter Prediction;Fluid-Structre Interaction;Numerical Simulation

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