基于系统辨识技术的叶轮机非定常气动力建模方法

《基于系统辨识技术的叶轮机非定常气动力建模方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252012V01．33No．2242．248ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．ca文章编号：i000—6893(2012)02—0242—07基于系统辨识技术的叶轮机非定常气动力建模方法苏丹1，张伟伟1’*，张陈安2，叶正寅11．西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室，陕西西安7100722．中国科学院力学研究所，北京100190摘要：为了快速获得不同刚度的叶

2、轮机叶片颤振特性，提出了一种基于系统辨识技术的叶片排非定常气动力建模方法，分析了叶片气动阻尼随叶间相角差和固有频率的变化特性。该方法通过对多叶片通道的某一叶片单独施加一个扫频振动信号，求解一次非定常流场，得到叶片排上每个叶片的气动力响应，通过系统辨识，获得每个叶片的气动力频率响应。根据小扰动流的叠加原理，得到扫频范围内各固有频率下的叶片排所有叶片共同激励的气动力模型，由此进一步得到各个不同固有频率的所有叶问相角差下的气动阻尼。针对STCF4(StandardTestConfiguration4)算例，该方法的计算结果与直接采用计算流体力学

3、(CFD)方法和直接采用谐振信号的降阶方法(ROM)得到的气动阻尼系数吻合得很好。该方法只需进行一次非定常CFD计算就能得到扫频范围内不同固有频率下的气动阻尼特性曲线，极大地提高了计算效率，方便了叶轮机设计初期的气动弹性稳定性参数分析。关键词：颤振；计算流体力学；降阶模型；系统辨识；叶轮机；气动弹性中图分类号：V211．47文献标识码：A叶轮机叶片颤振是典型的气动弹性动不稳定现象。近年来，由于颤振疲劳而损坏叶片的故障屡见不鲜，颤振已成为高性能叶轮机研制过程中必须解决的重要问题之一[1]。随着计算机性能的提高和计算流体力学(CFD)的发展，

4、数值计算方法为叶轮机设计提供了重要依据，相对叶轮机气动弹性实验来说具有难度小、周期短和危险性低等特点。由于叶轮机内部流动十分复杂，直接采用CFD方法进行叶轮机叶片颤振分析计算量大、效率低，因此建立一个高效准确的非定常气动力模型是开展叶轮机气动弹性分析的基础。北京航空航天大学在1980--1990年发展了一种变形激盘法[2]，并用于变相角情况下的叶片气动弹性稳定性预测[3J。从1956年Lane提出行波型颤振模型【41以来，基于该模型的能量法在叶片颤振分析中得到广泛使用。能量法是一种结构／流体非耦合的方法，相对于结构／流体耦合的时域分析方法

5、[53来说，具有假设较多、计算量相对较小的特点，近年来在叶轮机气动弹性数值分析方面采用时域分析方法较多。但由于能量法计算量小、效率高，有不少的国内外学者将能量法作为验证研究的起点。杨青真等呻1比较了能量法和时域分析方法，发现两种方法得到的颤振结论是一致的，并考察了NACA0012和PROF叶栅算例在两种不同折合频率下的颤振特性。Sadeghi等[7。81针对STCF4(StandardTestConfiguration4)用能量法分析了典型叶问相角时的颤振特性并和实验数据进行了收稿日期：2011—05—24；退修日期：2011—07-01

6、；录用日期：2011-08—29；网络出版时间：2011—09-0611：24网络出版地址：WV#W．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110906．1124．005．htmIDOI：CNKI：11-1929／V．201109061124．005基金项目：国家自然科学基金(11172237，10802063)；航空科学基金(2009ZA53009)；西北工业大学基础研究基金*通讯作者Tel：029—88491342E—mail：aeroelastic@nwpu．edu．cn戤用搭式

7、suD，ZhangWW，

8、ZhangCA，etal．Anunsteadyaerodynamicmodelingforturbomachinerybased0／7systemidentification．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2012．33(2)：242-248．苏丹．张伟伟，张陈安。等．基于系统辨识技术的叶轮机非定常气动力建模方法航空学报，2012．33(2)：242-248j苏丹等：基于系统辨识技术的叶轮机非定常气动力建模方法比较，得出的颤振结果和实验结果基本一致，除此以外，验证了能量法在叶片“质量比”足够大的时

9、候，采用能量法计算是有效的。近年来基于CFD技术的非定常气动力降阶方法(ROM)被广泛应用于飞行器颤振分析研究领域。该方法计算效率远远高于直接的CFD数值模拟，还能在一定程度上考虑到流动的非线