现有航空发动机气动力降阶模型的研究主要集中在叶片颤振方向,对动静叶干涉引起叶栅气动力变化的问题没有讨论。其中背压扰动是动静叶干涉影响上游叶栅气动力的重要因素。通过对背压扰动的傅里叶分解,分别计算分解背压扰动所得各谐波引起的叶栅气动力响应,由此建立了基于谐波平衡法的背压扰动叶栅气动力降阶模型。在此基础上,研究了各谐波幅值对气动力降阶模型精度的影响。算例的结果表明:提出的方法能非常好地描述动静叶干涉中背压对上游叶栅气动力的影响;根据幅值大小选择主谐波,可以在不大幅降低气动力降阶模型精度的情况下减少待定参数的个数;利用该方法可准确确定任意时刻动静叶干涉中背压扰动叶栅的气动力。

针对涉及动、静叶干涉的叶片气动弹性振动问题,基于Volterra级数方法,建立了尾流激励的叶片气动力降阶模型,分析了稳态条件和识别信号幅值对气动力降阶模型辨识精度的影响。结果表明:所建立的气动力降阶模型能够正确表征尾流对叶片的激励作用,不同流场稳态条件和阶跃信号幅值下气动力降阶模型的结果基本相同。

介绍了基于Volterra级数的尾流激励叶片气动力降阶模型,用于上游尾流激励下叶片气动载荷的快速计算。用一个叶片的算例验证了该降阶模型,通过不同流速的算例对比发现:该降阶模型可以快速准确地描述尾流激励引起的叶片气动力,流速或流场结构不是影响该气动力降阶模型精度的关键,而上游尾流扰动是否满足小扰动假设是保证该气动力降阶模型精确的关键。

采用优化方法识别气动力降阶模型的核函数,其基本思想是:为气动力降阶模型的每一个核函数构造一个拟合曲线,优化拟合曲线的参数,使气动力降阶模型的气动力输出和CFD或试验结果一致。二维叶片气动力降阶模型的算例和结果表明:识别得到的核函数与用阶跃方法识别的结果完全一致。

气动力降阶模型是提高气动弹性振动分析速度的新方法。现有气动力降阶模型的研究主要集中在叶片和机翼的颤振方面,没有涉及尾流激励引起的叶片振动问题。基于小扰动理论,本文将上游尾流傅立叶分解为若干个谐波,分别计算各阶谐波对叶片气动力的扰动,通过线性叠加各扰动,建立了尾流激励的叶片气动力降阶模型。二维叶片的算例表明:本文建立的气动力降阶模型能够描述上游尾流引起的叶片气动力的变化。

气动力降阶模型是研究叶片气动弹性振动快速高效的新方法。现有气动力降阶模型的研究主要集中在叶片颤振方面,没有涉及更为常见的上游尾流激励的叶片振动问题。本文提出基于Volterra级数的尾流激励叶片气动力降阶模型,为尾流激励下叶片振动和动静叶干涉振动研究提供了新的思路。采用行波法简化尾流的参数个数,用阶跃信号法识别降阶模型的核函数。二维叶片的算例结果表明,本文方法可以较准确地描述尾流激励引起的叶片气动力振荡,而且计算效率极高。

高精度可变形机翼气动弹性分析通常采用计算流体力学(CFD)方法计算非定常气动力,然而CFD计算量大、耗时多,不便于开展气动弹性分析。本文提出一种基于气动力降阶模型的柔性后缘可变形机翼气动弹性分析方法,在保证计算精度的同时,大幅提高气动弹性分析效率。基于带外输入的自回归气动降阶分析方法建立柔性后缘可变形机翼气动力状态空间模型,与结构状态空间模型相耦合,得到整个柔性后缘可变形机翼气动弹性系统的状态空间模型,用于计算柔性后缘可变形机翼的颤振特性和阵风响应。研究结果表明,随着后缘偏角的增大,颤振马赫数相比无偏角情况有一定的提高。

为了探究影响基于谐波平衡法的气动力降阶模型计算精度的因素,建立了基于谐波平衡法的尾流激励叶片气动力降阶模型,讨论分析了进口尾流均值压力和尾流谐波振幅对该气动力降阶模型计算精度的影响。结果发现:进口尾流均值压力和尾流谐波振幅对叶片气动力降阶模型的计算精度都会产生显著影响。