[發(fā)明專利]非均勻?qū)~布局影響的渦輪動葉非定常氣動激勵建模方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310433193.9
• 申請日: 2023-04-21
• 公開（公告）號: CN116361923A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張偉昊;廖湘力
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F18/10;G06F18/2131;G06F111/10
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.非均勻?qū)~布局影響的渦輪動葉非定常氣動激勵建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)：動葉壓力脈動特征快速獲取；

對導(dǎo)葉下游壓力脈動的特征進(jìn)行獲取；使用單靜子出口流場信號的空間分布替代轉(zhuǎn)子進(jìn)口流場某處非定常時域信號，通過時空轉(zhuǎn)換實現(xiàn)動葉表面氣動激勵的快速獲?。?/p>

步驟(2)：基于脈動特征提出建模設(shè)定；

獲得導(dǎo)葉柵距均勻和非均勻布局下獲得的周向壓力分布，一個導(dǎo)葉通道出口的壓力信號主要由“峰值區(qū)”和“過渡區(qū)”兩部分組成，采用將兩個區(qū)域統(tǒng)一起來以單個導(dǎo)葉通道為建模單元的方法；采用矩形波對壓力脈動進(jìn)行模化；

步驟(3)：對轉(zhuǎn)子單通道壓力信號進(jìn)行參數(shù)化描述；

步驟(4)：對轉(zhuǎn)子全環(huán)壓力信號進(jìn)行參數(shù)化描述；

步驟(5)：將參數(shù)化后的全環(huán)壓力信號進(jìn)行傅里葉展開；

步驟(6)：將轉(zhuǎn)子全環(huán)壓力信號與導(dǎo)葉非均勻布局規(guī)律耦合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均勻?qū)~布局影響的渦輪動葉非定常氣動激勵建模方法，其特征在于，步驟(2)中，建模設(shè)定如下：

對于柵距均勻?qū)~出口的壓力信號：設(shè)定各單通道信號的幅值、寬度均相同，全環(huán)信號為等幅值、等相鄰?fù)ǖ老辔徊?、以通道為周期的信號?/p>

對于柵距非均勻?qū)~出口的壓力信號：設(shè)定各單通道信號的幅值、寬度均相同，全環(huán)信號為等幅值、變相鄰?fù)ǖ老辔徊?、以全環(huán)為周期的信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均勻?qū)~布局影響的渦輪動葉非定常氣動激勵建模方法，其特征在于，步驟(3)具體方法為：

公式(1)給出了單個通道矩形波信號的參數(shù)化描述；P(t)為矩形波信號，A為矩形波的幅值，ε為矩形波的波寬，是相鄰?fù)ǖ老辔徊睿瑃₀為初始相位；導(dǎo)葉柵距均勻布局的每個單通道信號表達(dá)式內(nèi)的都保持不變；而在非均勻?qū)~布局下，每個單通道信號內(nèi)的都是變化的，此時的大小與其非均勻排布規(guī)律有關(guān)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非均勻?qū)~布局影響的渦輪動葉非定常氣動激勵建模方法，其特征在于，步驟(4)具體方法為：全環(huán)壓力信號由單通道壓力信號疊加而成；對于柵距均勻的靜子葉片，設(shè)定其葉片數(shù)為N，其相鄰相位差均為則柵距均勻的靜子通道出口全環(huán)信號寫為：

其中T為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈的時間，是靜子出口壓力全環(huán)信號的完整周期；

對于柵距非均勻的導(dǎo)葉，設(shè)定其葉片數(shù)為N，其相鄰相位差為則柵距非均勻的靜子通道出口全環(huán)信號寫為：

其中且

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非均勻?qū)~布局影響的渦輪動葉非定常氣動激勵建模方法，其特征在于，步驟(5)具體方法為：

對于公式(2)，令t₀＝0，在[-T,T]上將P_U(t)延拓為P_{U_Period}(t)，再對延拓后的P_{U_Period}(t)進(jìn)行周期延拓，將其延拓為周期為2T的函數(shù)，再將該周期函數(shù)展開為一般傅里葉級數(shù)，得到：

同理，對于公式(3)，令t₀＝0，在[-T,T]上將P_NU(t)延拓為P_{NU_Period}(t)，再對延拓后的P_{NU_Period}(t)進(jìn)行周期延拓，將其延拓為周期為2T的函數(shù)，再將該周期函數(shù)展開為一般傅里葉級數(shù)，得到：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非均勻?qū)~布局影響的渦輪動葉非定常氣動激勵建模方法，其特征在于，步驟(6)具體方法為：

定義非均勻?qū)~柵距變化率為B_i為非均勻相位和系數(shù)，其表達(dá)式為：

又由將式(3)和式(5)進(jìn)一步變化整合為：

公式(7)就是渦輪動葉表面非定常激振力的快速預(yù)測模型，其中：D為矩形波占空比，A為矩形波幅值，N為靜子葉片數(shù)，f_b為轉(zhuǎn)子掃掠頻率，B_i為非均勻相位和系數(shù)；

對于確定的渦輪，在轉(zhuǎn)速已知的情況下，N，f_b，B_i都是確定的，這三者都是渦輪的特征屬性；A依據(jù)柵距均勻渦輪導(dǎo)葉下游某參考截面周向壓力分布的最大壓力選取，而D依據(jù)同一參考截面周向壓力分布中“峰值區(qū)”的范圍獲得。