基于NIPC的压气机叶片加工误差不确定性分析

压气机叶片加工误差的存在使得叶片实际尺寸偏离设计初衷,对压气机性能造成一定的影响。为了分析加工误差对叶片性能的影响,首先通过三坐标测量仪对大量叶片进行误差检测与分析获取了轮廓误差的真实分布规律,其次运用五点四阶非嵌入式混沌多项式对加工误差影响进行了不确定性量化,最后分析了加工误差对气动性能的真实影响规律。研究结果表明,加工误差的存在使得叶型性能有所恶化,但其影响主要体现在叶型性能稳定性;建议在进行误差影响分析时应充分考虑误差的随机特性并使用标准差等具有统计意义的变量进行分析,相对于传统的影响评价方法能更加客观对误差影响进行评判与描述。     

基于伴随方法的叶片加工偏差气动灵敏度分析

受加工精度限制,叶片加工外形与设计外形存在一定偏差,该类偏差具有较强的随机性,对叶片气动性能造成不确定性影响。加工叶片外形偏差的不确定性影响为几何尺度上的小扰动问题。本文首先基于伴随方法建立了适用于加工叶片外形偏差气动灵敏度分析及气动性能偏差预估模型。之后,计算某二维涡轮叶片的气动参数伴随灵敏度,由此确定厚度均匀变化的测试叶片的气动性能偏差,并与数值模拟结果进行对比,验证伴随方法在叶片气动不确定性灵敏度分析中的精确性和有效性。最后,采用基于灵敏度分析的Monte Carlo方法研究满足正态分布的批量加工叶片的气动性能偏差,确定了相应的气动偏差统计模型。     

五级轴流压气机气动设计数值研究

针对某中档功率燃气轮机压气机部件气动性能需求,开展了五级轴流低压压气机气动设计技术数值研究。围绕提高效率和扩大喘振裕度两个根本问题,在气动设计的一维设计、S2通流设计、叶片造型等各个环节进行了参数筛选与性能优化,并通过Numeca软件和Denton程序全三维数值模拟性能确认,设计点气动性能满足并超过了指标要求。为了满足低速运行压气机喘振裕度要求,一维经验统计数值预测前面级导叶调节所能带来的喘振裕度拓展区间,并研究了几级联调的调节规律,以指导五级轴流压气机气动性能试验。本文研究提供了满足性能指标要求的全新五级轴流压气机气动设计,获得的扩喘导叶调节规律可供相似多级轴流压气机导叶联调参考。     

基于光学性能评价自由曲面离轴三反系统加工误差分析

超精密加工过程存在的加工误差影响着器件的面形误差,进而影响光学性能。制造者往往从面形精度方面来评价加工精度,但是光学性能才是光学系统的最终评价指标,仅仅关注加工过程中加工误差对单个面的面形误差影响是不够的,加工误差对系统光学性能的影响需要进一步研究。基于多体系统理论和光线追迹理论建立了加工误差影响分析模型,探索了加工误差对面形误差和光学性能的影响,得出了系统主要的面形误差形式及其对系统调制传递函数(MTF)的影响关系,并根据系统对光学性能的要求得出了加工误差、面形误差和角度公差,从而找到了影响三反系统光学性能的重点加工误差,研究结果可为离轴三反系统加工误差的控制及光学质量可控制造的实现提供理论指导。     

双目显微镜胶合分光棱镜的角度误差

本文通过分析,找出双目显微镜分光棱镜两出射光轴平行度误差与棱镜角度误差间的关系式。指出胶合时两单直角棱镜间的微量相对扭转只改变分光棱镜第二光学平行度大小,而对第一光学平行度几乎无影响,并由此提出利用这一点,可使棱镜第二光学平行度误差减小到一定大小,以满足两出射光轴在垂直平面上的平行性要求和棱镜像质要求。最后,给出了某双目显微镜分光棱镜的角度公差。     

流向微槽对直纹面化离心叶轮气动性能影响的数值研究

本文以某一离心压缩机中的自由曲面叶轮为研究对象,将其"直纹面化"以降低制造成本。研究对比了自由曲面叶轮与直纹面化叶轮的气动性能差异,并在叶片表面施加沿流向的流向微槽,分析其对叶轮气动性能的影响。研究表明,流向微槽对压比和效率均有明显的提升作用,但对稳定运行范围没有影响。施加适当的微槽方案可有效提升直纹面叶轮的气动性能,使之接近原自由曲面叶轮,从而获得兼顾气动性能及加工成本的高性能三元叶轮。     

进口畸变扭曲对轴流压气机性能影响的数值研究

采用基于傅里叶变换的非定常模拟方法研究进口畸变对于轴流跨声速叶轮rotor67气动性能及流场的影响,并比较有无畸变扭曲下畸变传播及转子性能.通过对于转子进出口时均参数的分析可知,扭曲畸变在进口无叶区衰减明显,但在转子区域其传播规律与未扭转时没有明显的差异,畸变在进出口截面的分布除在周向位置存在偏转外不受扭曲的影响.通过计算时均流线轨迹分析畸变传播规律,扭转对于时均流线轨迹影响极小.畸变扭曲并未对转子整体气动性能产生额外的影响.     

倾斜叶片对多翼离心风机性能影响的研究

本文应用大涡模拟及边界元法研究了倾斜叶片对多翼离心风机气动声学性能的影响。研究结果表明,相较于传统直叶片叶轮,倾斜叶片叶轮在出口角度不变时因叶片发生扭转,会略微降低风机流量。采用倾斜叶片,可以减小叶道中的流动分离区域,减弱流动分离程度。前盘侧间隙泄漏量随着前盘侧叶轮外径的减小而减少,倾斜叶片叶轮出口角度的变化对于泄漏量影响较大。倾斜叶片叶轮在前盘侧叶轮外径减小时,可以减少风机噪声。     

基于满秩概率配置法的叶片安装角不确定性分析

本文采用满秩概率配置(Full Rank Probabilistic Collocation,FRPC)法研究了叶片安装角随机误差(Stochastic Error of Blade Setting Angle, SEBSA)对涡轮叶栅气动性能的影响规律。首先通过测试函数对FRPC法的计算效率及精度进行了验证,然后采用该方法研究了涡轮叶栅中单个叶片、两个相邻叶片及两个相隔叶片存在SEBSA情况下的气动特性.结果表明,静压系数C_p及出口速度对SEBSA敏感,SEBSA对C_p的影响主要表现在叶片的吸力面、尾缘及分离区域等速度梯度大的区域,且对吸力面40%轴向弦长位置的影响最大;随着存在SEBSA的叶片数目的增多及叶片分布的分散,不确定性的影响产生了抵消效应;SEBSA对流场的影响沿负周向方向传播,且其影响范围是负周向二个叶片及正周向一个叶片.     

叶型偏差对整机环境中涡轮性能的影响

叶型加工和装配的误差可能会对涡轮部件乃至发动机整机的性能产生显著的影响。本文针对某整机环境中的涡轮部件,采用数值模拟结合实验的方法,研究了涡轮叶型偏差对其气动性能的影响。结果表明:在整机环境中,叶型偏差首先导致涡轮部件气动性能的微小变化,而整台发动机的工作点随之改变,导致涡轮部件的来流条件、各级涡轮的转速和速度三角形以及其内部的流动细节均会发生明显的变化,最终叶型偏差对涡轮部件气动性能的影响被显著放大。     

振荡叶栅非定常流场的实验研究

本文介绍了在平面振荡叶栅实验台上对一组透平叶片进行非定常气动性能研究的方法和结果。叶片的振型为扭转振动,频率为1(Hz),振幅为2°,风洞出口气流速度为33(m/s)。实验研究了来流冲角和叶片间的振动相位差对振荡叶栅非定常气动性能的影响。实验测量了不同工况下的叶片表面的振荡压力分布,并用二维热线风速仪测量了叶栅流道內的振荡速度场。在此基础上对振荡叶栅的稳定性进行分析。结果表明:1)不论叶片振动是否简谐,振荡压力的主频分量居绝对支配地位;2)叶片间的振动相位差和来流冲角对振荡叶栅的稳定性均有较大影响。     

积垢对离心压气机叶轮气动性能的影响

建立表征离心压气机叶轮积垢分布的粗糙度模型,在叶片表面生成三维、非均匀分布的粗糙带,数值研究干净和积垢状态下叶轮的气动性能和内部流场,并通过敏感性分析,找到对叶轮气动性能影响最大的积垢区域。结果表明:积垢叶轮的多变效率和总压比较干净叶轮均有显著下降;随着流量增大,性能衰减愈发明显;离心压气机叶片前缘靠近叶顶部位为气动性能对积垢的最敏感区域.研究工作为离心压气机的鲁棒设计优化奠定了理论基础。     

带压力面小翼的压气机转子叶顶间隙效应研究

以低速轴流压气机转子为研究对象,数值研究了设计转速不同叶顶间隙条件下有/无压力面小翼的压气机转子气动特性。结果表明:随着叶顶间隙尺寸增加,压气机转子气动性能降低。在三种叶顶间隙情况下压力面小翼均使得转子最大静压升系数和效率有所降低,失速裕度分别改善4.32%、8.20%和4.80%。通过与常规转子叶尖区域流场结构的详细对比,对压力面小翼影响转子叶尖端区流动的机理做出解释。     

风力机叶片气动性能及流固耦合分析

采用RANS方程和SST湍流模型,在不同风速下对Tjaereborg风力机风轮进行了全三维流固耦合数值模拟,分析了流固耦合作用对风力机气动特性及风力机叶片结构特性的影响。结果表明:小风速时流固耦合作用对叶片气动性能的影响基本可以忽略;中高风速时,影响作用显著,风力机叶片会发生挥舞、摆振及扭转变形,叶尖是变形量最大的位置,叶片应力集中出现在叶展50%~85%范围内。     

叶片气动特性对局部型线导数变化的敏感性

叶片气动特性对其形状参数变化有一定的敏感性。本文将影响翼型气动性能的几何因素归结为局部型线一阶导数、二阶导数的变化程度问题,以S809翼型为研究对象,对其局部进行一定的几何形状设计,基于本课题组开发的UCFD计算程序,对相应工况下的气动情况进行模拟,系统研究不同气动条件下叶片的气动特性对局部型线一、二阶导数的变化程度的敏感性程度,找出他们之间客观规律。结果表明:叶型型线一、二阶导数的变化都会对气动性能产生显著影响,且影响程度与导数变化程度正相关;某些特定位置对一、二阶导数的变化敏感性较强。     

考虑来流角变化影响的叶栅稳健性优化设计

进、出口边界流动扰动是叶轮机械中一种典型的不确定性因素,对叶片气动性能产生重要影响。开展考虑边界流动扰动影响的叶片稳健性气动优化设计(RADO)研究,对提高叶片的平均气动性能及气动稳健性具有重要意义。首先介绍叶片RADO的基本原理、实现方法及关键问题。之后开展基于自适应非嵌入式多项式混沌模型的某型跨音速涡轮叶栅来流角不确定性研究,对叶栅总压损失进行量化。最后开展叶片气动外形的RADO研究,通过与确定性气动优化设计的对比揭示RADO在提高优化叶片气动稳健性方面的优越性。     

锯齿尾缘降噪翼型优化设计研究

大量研究工作表明旋转风电叶片的主要气动噪声来自叶尖尾缘区域,一直以来都是严重影响居民生活和叶片气动性能发挥的重要因素之一.为此,针对决定叶片重要气动特性单元——二维翼型,采用有别于传统的仿猫头鹰翅膀锯齿尾缘流动控制方法,将锯齿关键尺寸参数融入到风力机翼型设计之中,从而开发仿生锯齿翼型的优化设计方法,获得低噪声与高气动性...     

基于涡理论的H型风力机新型变桨分析

H型风力机叶片在0°和180°方位角,其攻角为零,扭矩为负值,附近区域性能也较差,对整机性能产生很大影响。为提高H型风力机整体气动性能,在最佳叶尖速比等于5.0时,设计了新型变桨方案。基于涡流理论,借助Matlab建立了三维风力机涡模型,分析了变桨前、后的气动载荷参数的变化规律,结果表明变桨之后攻角、扭矩系数都有改善,上下盘面高性能区域拓宽,其中下盘面效果更加明显;由涡模型可知对于直叶片H型风力机,脱体涡对它的影响最大。     

复杂系统的舱体屏蔽效能的评价方法

舱体屏蔽效能的试验评价是验证车载复杂系统抗电磁脉冲加固性能的重要环节。为了定量估计试验设计和结果评定所引入的不确定度,以高空电磁脉冲为背景,分别从频域/时域测试方法选择、测试频点设置、合格曲线设计和超差点的处理等几个要素,研究了舱体电磁脉冲屏蔽效能的验证评价方法。针对车载复杂系统典型舱体屏蔽效能较低的特点,针对不同屏蔽效能提出了一簇合格曲线,并基于二阶谐振系统模型,定量估计了频点设置准则、合格曲线、超差点处理准则所引入的不确定度,为舱体屏蔽效能的试验设计与数据分析提供了方法与支撑,同时定量分析也可作为不确定度估计的基础。     

基于加工公差约束的自由曲面棱镜设计

自由曲面棱镜是轻型头盔显示系统的核心光学器件,其巧妙的设计以及精密的加工方法历来备受研究者的关注。目前有关自由曲面棱镜的研究主要集中于视场角和成像质量上,而忽略了公差设计,尤其是加工误差对棱镜的影响。针对这一现象,在详细分析了自由曲面棱镜的加工误差来源之后,提出了基于公差约束的自由曲面棱镜优化设计方法,以保证在加工精度允许的前提下得到最佳的成像质量。通过光学仿真实验及成像质量分析,验证了该方法的有效性。