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压气机流动稳定性自适应控制方法研究进展

力学学报 2022年第3期54卷 559-576页

作者：许登科董旭徐瑞泽李佳孙大坤孙晓峰北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310023

压气机流动稳定性自适应控制是未来智能航空发动机的一项关键技术.基础研究需要回答3个关切:如何描述系统的稳定性?如何改变系统的稳定性?如何监测系统的稳定性?为此,本团队在压气机流动稳定性通用理论、壁面阻抗边界扩稳方法和在线实... 详细信息

压气机流动稳定性自适应控制是未来智能航空发动机的一项关键技术.基础研究需要回答3个关切:如何描述系统的稳定性?如何改变系统的稳定性?如何监测系统的稳定性?为此,本团队在压气机流动稳定性通用理论、壁面阻抗边界扩稳方法和在线实时失速预警技术等3个方面开展了系统深入的研究工作.(1)所发展的叶轮机流动稳定性通用理论既能包含流动非均匀性又能考虑叶片几何,计算高效,预测精度高,为压气机气动/稳定性一体化设计提供了可靠的评估工具.(2)所发展的基于壁面阻抗边界调控策略的SPS(stall precursor-suppressed)机匣处理和泡沫金属机匣处理在扩稳、降噪和保持系统气动性能方面取得实质性进展,采用等价分布源方法建立了包含机匣处理影响的压气机失速起始预测模型,对SPS机匣处理和泡沫金属机匣处理关键结构参数进行敏感性分析,使其具有明确的理论设计准则.实验结果证实,SPS机匣处理通过抑制失速先兆波的非线性演化达到扩稳的目的,在扩稳的同时可以保持压气机的压比和效率特性;泡沫金属机匣处理可以实现扩稳和降噪的双重效果,也具有良好的工程应用前景.(3)所发展的基于气动声学原理的实时失速预警方法将压气机失速预警时间提高到秒量级以上,能够在线监测系统稳定性.综合上述理论预测方法、扩稳技术和实时失速预警技术,发展了闭环反馈自适应控制方法,为未来智能航空发动机提供了一种自适应扩稳控制技术.

关键词：智能航空发动机流动稳定性机匣处理泡沫金属失速预警

可控转速机匣起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1341-1349页

作者：赵佳诣吴宛洋钟兢军上海海事大学商船学院上海201306 上海电机学院机械学院上海201306

机匣处理的几何结构参数将对其扩稳机制和扩稳能力产生影响。本文针对可控转速机匣中可转动环段的起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响开展数值研究。结果表明,当可转动环段的起始位置从叶顶尾缘开始逐渐向上游移动的过程中,可... 详细信息

机匣处理的几何结构参数将对其扩稳机制和扩稳能力产生影响。本文针对可控转速机匣中可转动环段的起始位置对跨声速压气机转子流动稳定性的影响开展数值研究。结果表明,当可转动环段的起始位置从叶顶尾缘开始逐渐向上游移动的过程中,可转动环段作用范围的扩展使叶顶流场处于逆压流动的范围扩大,通流条件恶化,但由于同时也降低了叶尖负荷,稳定工作的流量范围得以扩大。而当起始位置继续向上游移动至20%轴向弦长和叶顶前缘处时,可转动环段能够分别完成对泄漏涡破碎后流体和来流主流的轴向加速,降低激波/泄漏涡干涉强度的同时削弱了堵塞效应,转子流动稳定性得到有效改善,特别是当起始位置位于叶顶前缘时,稳定工作裕度提高了52.56%。

关键词：可控转速机匣起始位置跨声速压气机转子叶顶泄漏流流动稳定性

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流动稳定性弱非线性理论中的问题及其改进

力学学报 1993年第5期25卷 515-528页

作者：周恒尤学一天津大学力学系天津300072

流动稳定性弱非线性理论存在三个主要问题:(1)其摄动参数收敛半径太小且无具体估值;(2)其解有特定结构,一般不能满足很多实际问题的初始条件;(3)当其线性部分不是中性时,Landau系数的确定法不唯一,不知何者应是最好的方法。本文以平面Po... 详细信息

流动稳定性弱非线性理论存在三个主要问题:(1)其摄动参数收敛半径太小且无具体估值;(2)其解有特定结构,一般不能满足很多实际问题的初始条件;(3)当其线性部分不是中性时,Landau系数的确定法不唯一,不知何者应是最好的方法。本文以平面Poiseuille流为例,从理论上解决了问题(1)和(2),并提出了改进办法。又通过将理论和数值模拟结果相比较的方法,澄清了问题(3)。改进了的理论,将可解决许多实际问题。

关键词：流动稳定性弱非线性理论 Landau

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航空压气机流动稳定性预测研究进展

推进技术 2017年第10期38卷 2172-2185页

作者：孙晓峰何晨刘小华马云飞孙大坤北京航空航天大学能源与动力学院北京100191

在航空压气机设计阶段,对其稳定裕度进行快速、准确评估,防患于未然,具有迫切需求和重要意义。首先评述了现有的压气机流动稳定性理论预测方法,并重点就近期发展起来的叶轮机流动稳定性通用理论做了系统的介绍。随后,汇总了叶轮机流动... 详细信息

在航空压气机设计阶段,对其稳定裕度进行快速、准确评估,防患于未然,具有迫切需求和重要意义。首先评述了现有的压气机流动稳定性理论预测方法,并重点就近期发展起来的叶轮机流动稳定性通用理论做了系统的介绍。随后,汇总了叶轮机流动稳定性通用理论在亚声速、跨声速轴流压气机以及亚声速离心压气机等不同机型上的应用,从现有算例来看,该理论有能力对不同类型的压气机失速起始点做出准确的预测。进一步,综述了基于叶轮机流动稳定性通用理论所开展的针对压缩性、叶尖间隙以及三维叶片造型等因素的参数化研究工作。研究结果表明,该理论在定性层面上能够捕捉到这些因素的影响,然而,这些预测结果定量上尚未得到实验的验证,需要进一步开展相应的实验研究。目前,叶轮机流动稳定性通用理论只在单级或单转子压气机上得到应用,对于多级压气机,还需要在定常流场的计算方法、大规模矩阵特征值求解等方面开展更加深入的研究。

关键词：压气机流动稳定性压缩性叶尖间隙气动掠

激波/泄漏涡相互干扰对跨声压气机流动稳定性的影响

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航空动力学报 2010年第7期25卷 1615-1621页

作者：张卓勋吴艳辉楚武利张皓光西北工业大学动力与能源学院西安710072

对单级跨声压气机Stage 35进行了单通道全三维定常数值模拟,开展了网格密度对计算结果影响的研究,从而确定了一套最佳网格配置,该套网格配置预测的总性能和基元性能与试验结果符合得最好.以此为基础对Stage 35的内部流场进行分析,发现... 详细信息

对单级跨声压气机Stage 35进行了单通道全三维定常数值模拟,开展了网格密度对计算结果影响的研究,从而确定了一套最佳网格配置,该套网格配置预测的总性能和基元性能与试验结果符合得最好.以此为基础对Stage 35的内部流场进行分析,发现其流动失稳最有可能是由动叶近叶顶靠近压力面侧的低能堵塞团引发的.随着流量的减小,间隙泄漏涡的强度和旋拧度随着叶片载荷的增加而增加,激波与泄漏涡相互干扰使得近失速条件下间隙泄漏涡破碎,涡破碎极有可能是动叶近叶顶靠近压力面侧低能流体产生的主要原因.

关键词：跨声速数值模拟流动稳定性激波间隙泄漏涡

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流动稳定性弱非线性理论的重新考虑

应用数学和力学 1991年第3期12卷 203-208页

作者：周恒天津大学力学系

弱非性理论已被广泛用于流动稳定性理论及其它领域.然而其应用对某些问题虽是成功的,但对另一些问题,其结果却常不令人满意,特别是对转捩或自由剪切流中涡的演化这类问题,这时理论研究的目的不是寻找稳态解,而是预测演化过程.在本文中,... 详细信息

弱非性理论已被广泛用于流动稳定性理论及其它领域.然而其应用对某些问题虽是成功的,但对另一些问题,其结果却常不令人满意,特别是对转捩或自由剪切流中涡的演化这类问题,这时理论研究的目的不是寻找稳态解,而是预测演化过程.在本文中,我们将研究不成功的原因并建议一些改进的办法.

关键词：流动稳定性弱非线性理论共振

高阶谱元区域分解算法及其在流动稳定性中的应用

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计算物理 2007年第1期24卷 7-12页

作者：马东军孙德军尹协远中国科学技术大学工程科学学院安徽合肥230027

以无时间分裂误差的区域分解Stokes谱元算法为基础构建整体稳定性分析方法.用Jacobian-free的Inexact-Newton-Krylov算法求解不可压缩Navier-Stokes方程的定常解,将Stokes算法的时间推进步作为Newton迭代的预处理,在此基础上采用Arnold... 详细信息

以无时间分裂误差的区域分解Stokes谱元算法为基础构建整体稳定性分析方法.用Jacobian-free的Inexact-Newton-Krylov算法求解不可压缩Navier-Stokes方程的定常解,将Stokes算法的时间推进步作为Newton迭代的预处理,在此基础上采用Arnoldi方法计算大规模特征值问题,对复杂流动进行稳定性分析,该方法能统一处理定常和非定常计算,没有时间分裂误差,无需显式构造Jacobian矩阵,可以减少内存使用,降低计算量,并加速迭代收敛.对有分析解的Kovasznay流动的计算表明,高阶谱元法具有指数收敛的谱精度.对亚临界方腔对称驱动流的各种定常解的计算及其稳定性分析验证了方法的可行性.

关键词：高阶谱元法非精确Newton—Krylov方法 Amoldi方法流动稳定性

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气液界面剪切力对液膜流动稳定性的影响

中国电机工程学报 2009年第8期29卷 60-63页

作者：李春曦王松岭叶学民华北电力大学能源与动力工程学院河北省保定市071003

沿倾斜壁面下降的薄液膜表面受气流剪切力的影响将产生波动,液膜表面的波动特性和力平衡关系决定液膜流动特性和稳定性。基于边界层理论和积分法建立的二维剪切液膜表面波线性稳定性方程,分析了不同情况下剪切力对液膜稳定性的影响。研... 详细信息

沿倾斜壁面下降的薄液膜表面受气流剪切力的影响将产生波动,液膜表面的波动特性和力平衡关系决定液膜流动特性和稳定性。基于边界层理论和积分法建立的二维剪切液膜表面波线性稳定性方程,分析了不同情况下剪切力对液膜稳定性的影响。研究表明,正向剪切力为不稳定性因素,反向剪切力为稳定性因素;正向剪切力使临界波数、扰动增长率和波速增大,使临界雷诺数减小;反向剪切力则起相反的作用;与反向剪切力相比,正向剪切力对液膜稳定性的影响相对显著;长波的传播速度受剪切力的影响比短波更大。

关键词：波状液膜表面波流动稳定性界面剪切力

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流动稳定性中小扰动波传播速度的数值研究

空气动力学学报 2002年第1期20卷 1-8页

作者：罗纪生陆昌根周恒天津大学天津300072 河海大学江苏南京210098

在保守系统中 ,小扰动波如线性水波及线性重力内波等均以其群速度传播 ,且群速度等于能流速度。在非保守系统中 ,波的传播速度还是个不十分清楚的问题。本文用数值计算的方法研究流动稳定性问题中小扰动波的传播速度。结果表明 ,波的传... 详细信息

在保守系统中 ,小扰动波如线性水波及线性重力内波等均以其群速度传播 ,且群速度等于能流速度。在非保守系统中 ,波的传播速度还是个不十分清楚的问题。本文用数值计算的方法研究流动稳定性问题中小扰动波的传播速度。结果表明 ,波的传播速度并不等于能流速度 ,而与复群速度的实部近似相等。

关键词：传播速度群速度能流速度流动稳定性小扰动波数值计算