Моделирование динамического поведения лопаток компрессоров авиационных двигателей в нестационарном потоке воздуха

• Автор: Буюкли, Татьяна Васильевна
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения

ВВЕДЕНИЕ
Цель работы

Метод исследования

Научная новизна

Обоснованность и достоверность результатов исследования

Практическая значимость

Основные результаты исследования, выносимые на защиту

Внедрение результатов

ГЛАВА 1. ДИНАМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ЛОПАТОК В ПОТОКЕ ВОЗДУХА: АЭРОУПРУГАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ И ФЛАТТЕР
1.1. Динамическое поведение лопаток в потоке воздуха
1.2. Разновидности флаттера
1.3. Методы анализа флаттера
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ
2.1. Нестационарная аэродинамика
2.1.1. Осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье—Стокса
2.1.2. Конечноразностная схема
2.1.3. Особенности метода решения нестационарных задач
2.1.4. Использование подвижных сеток
2.1.5. Используемые модели турбулентности
2.1.5.1. Однопараметрическая модель турбулентности Спаларта-Аллмараса
2.1.5.2. Двухпараметрическая модель турбулентности к
2.1.5.3. Двухпараметрическая модель турбулентности SST
2.1.6. Метод расчета обтекания конструкций в ПК Cobra

2.1.7. Определение нестационарных характеристик обтекания изолированного профиля
2.2. Механическая задача
2.3. Алгоритм исследования динамического поведения решеток профилей
и лопаток компрессоров в потоке воздуха
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКГО ПОВЕДЕНИЯ
ПРОФИЛЕЙ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРОВ
3.1. Анализ динамического поведения профилей в вязком дозвуковом потоке
3.1.1. Особенности постановки задачи
3.1.2. Экспериментальные исследования
3.1.3. Расчет колебаний профилей
3.1.4. Результаты расчетов колебаний и их обработка
3.2. Расчетная оценка возможности возникновения сверхзвукового безотрывного флаттера в рабочем колесе вентилятора
3.2.1. Геометрическая модель лопатки
3.2.2. Собственные частоты и формы колебаний лопатки
3.2.3. Расчет стационарного течения
3.2.4. Расчет нестационарного течения
3.2.5. Результаты исследования
3.3. Исследование возможности возникновения аэроупругой неустойчивости в решетке профилей, совершающих изгибные колебания на режимах, близких к границе газодинамической устойчивости
3.3.1. Получение стационарного решения
3.3.2. Поиск условий возникновения аэроупругой неустойчивости
3.3.3. Расчет аэроупругой неустойчивости в решетке профилей с использованием измененной расчетной области

3.3.3.1. Постановка задачи
3.3.3.2. Результаты исследования аэроупругой неустойчивости в удлиненной расчетной области
3.4. Решение задачи о свободных колебаниях профилей в вязком нестационарном потоке
3.4.1. Объект исследования и постановка задач обтекания и колебаний
3.4.2. Исследование возмущений в потоке на режиме, близком к границе газодинамической устойчивости
3.4.2.1. Расчет обтекания без учета механических колебаний
3.4.2.2. Решение совместной задачи (обтекание с учетом механических колебаний)
3.4.3. Решение совместной задачи на режиме запирания
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЗАДАЧА О ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЯХ ЛОПАТКИ, НАХОДЯЩЕЙСЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ НЕСТАЦИОНАРНОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
4.1. Расчетная оценка нестационарных нагрузок на лопатки вентилятора перспективного ТРДД при стационарной неравномерности на входе в двигатель
4.1.1. Исследуемая геометрия
4.1.2. Постановка задачи
4.1.3. Результаты расчетов
4.2. Решение задачи о вынужденных колебаниях лопатки
4.2.1. Решение задачи о вынужденных колебаниях лопатки в матричном виде с использованием главных координат
4.2.1.1. Теоретическое обоснование решаемой задачи
4.2.1.2. Решение задачи о вынужденных колебаниях лопатки под воздействием нестационарной аэродинамической силы

Метод решения аэроупругой задачи на собственные значения [4] совпадает с методом анализа в частотной области [5]. Действительно, согласно [4], этот метод основан на линеаризованном гармоническом отклике, полученном для случая свободных колебаний лопаток. Такой отклик может быть определен любым путем: от экспериментально
определенных подъемных сил и моментов, действующих на сечения, до вычислительных методов- аэродинамики. Механической моделью зачастую является- плоское сечение с двумя степенями свободы, но. общая, формулировка позволяет использовать также и трехмерные модели, с большим числом степеней свободы. После своего определения аэроупругие силы выражаются в частотной форме, либо напрямую, если они определены аналитически, либо разложением в ряды, если они; например, были получены решением задачи обтекания во времени. Здесь авторами [4] подразумевается определение зависимости аэродинамических сил 'от обобщенных координат в базисе собственных форм колебаний. Получающиеся в результате аэроупругие уравнения движения оказываются очень похожи на задачу динамики конструкции без учета- аэродинамического воздействия, так» как эффект от аэроупругих сил заключается в добавлении ряда членов в матрицы жесткости и массы. Полученные матрицы могут оказаться зависимыми от частоты колебаний, отмечают авторы [4], и в этом случае проблема собственных частот оказывается математически.нелинейной; в таких случаях решение ищут итерационными методами. Здесь имеется в виду очевидная возможность использовать результаты решения задачи на собственные значения для уточнения аэродинамических нагрузок и повторения шагов расчета до достижения сходимости, например, по частоте. При использовании метода решения аэроупругой задачи на собственные значения об устойчивости венца судят по уровню демпфирования, связанного с каждой формой колебаний [4].