一种基于影响系数法与振动相位修正的气动阻尼分析方法

本发明涉及叶轮机械的气动阻尼分析，更具体地说，它涉及一种基于影响系数法与振动相位修正的气动阻尼分析方法。

背景技术：

1、气动弹性稳定性问题一直受到学者的持续研究和关注。目前常见的气动弹性稳定性数值分析方法包括能量法、特征值法和时域法，工程上多采用能量法和特征值法。

2、能量法从做功的角度对气动弹性稳定性问题进行分析，指定叶片按照某阶固有振型和频率振动，通过计算振动叶片与流场间的能量交换情况来预测该阶模态下的颤振特征。若气流对叶片做功，代表叶片发生颤振，反之则表明叶片不会发生颤振。通过将气动功表达为模态气动阻尼比的形式，还可以与机械阻尼叠加并根据总阻尼情况对系统的稳定性做出判断。能量法具有清晰的物理意义，从本质上揭示了颤振发生的物理机制。

3、但若要利用能量法考查不同节径下的气动阻尼，需要针对不同节径分别开展计算，虽然通过施加移相边界条件可以减缩模型，较大的降低计算量，但仍然是比较麻烦的，且叶片数越多计算量越大。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于影响系数法与振动相位修正的气动阻尼分析方法，其进行一次非定常流场计算即可给出所有节径下的情况，不需要多次计算不同节径下的非定常流场，更加快速高效，节约计算资源。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种基于影响系数法与振动相位修正的气动阻尼分析方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1、根据叶片的气动外型和结构模型分别建立流体域模型和固体域模型；

5、s2、对流体域模型开展定常流场分析，并为非定常流场计算提供初场；

6、s3、对固体域模型进行模态分析，得到转动条件下叶片的固有频率和模态振型；

7、s4、指定中间的0号叶片按照所得到的模态振型和固有频率进行振动，并以定常流场结果为初场，开展非定常流场分析；

8、s5、计算收敛后提取流场叶片表面气动力，并计算k节径下叶片所受气动功wk；

9、

10、其中，

11、表示k节径下j时刻0号叶片振动在i号叶片表面带来的气动力，

12、ntstep表示一个振动周期内的时间步数，

13、t表示叶片的振动周期，

14、ti为位移变换矩阵，

15、代表0号叶片表面节点位移幅值组成的向量，

16、e为自然数的底，

17、ω为固有频率，

18、tj为j时刻的时间步，

19、为k节径下i号叶片位移与0号叶片位移的相位差，

20、n为全环叶片的个数。

21、进一步地，所述方法还包括以下步骤：

22、s6、计算不同节径下的气动模态阻尼比ξk；

23、其中，u为叶片在模态空间下的振幅。

24、进一步地，在步骤s5中，i号叶片振动带来的非定常气动力对0号叶片所做的气动功等于0号叶片振动带来的非定常气动力对-i号叶片所做的气动功。

25、综上所述，本发明具有以下有益效果：

26、采用本发明的方法，进行一次非定常流场计算即可给出所有节径下的情况，不需要多次计算不同节径下的非定常流场，更加快速高效，节约计算资源。

技术特征：

1.一种基于影响系数法与振动相位修正的气动阻尼分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于影响系数法与振动相位修正的气动阻尼分析方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于影响系数法与振动相位修正的气动阻尼分析方法，其特征在于：在步骤s5中，i号叶片振动带来的非定常气动力对0号叶片所做的气动功等于0号叶片振动带来的非定常气动力对-i号叶片所做的气动功。

技术总结
本发明公开了一种基于影响系数法与振动相位修正的气动阻尼分析方法，其涉及叶轮机械的气动阻尼分析技术领域。其技术方案要点包括以下步骤：根据叶片的气动外型和结构模型分别建立流体域模型和固体域模型；对流体域模型开展定常流场分析，并为非定常流场计算提供初场；对固体域模型进行模态分析，得到转动条件下叶片的固有频率和模态振型；指定中间叶片按照所得到的模态振型和固有频率进行振动，并以定常流场结果为初场，开展非定常流场分析；计算收敛后提取流场叶片表面气动力，并计算不同节径下叶片所受气动功。本发明进行一次非定常流场计算即可给出所有节径下的情况，不需要多次计算不同节径下的非定常流场，更加快速高效，节约计算资源。

技术研发人员：韩乐,魏大盛,王延荣,余永博
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24