复合环境下直升机旋翼动力特性分析

考虑直升机旋翼旋转时声场、应力刚化、几何大变形等复合运行环境,对多种影响因素下的旋翼动力特性进行研究。通过实验测试数据建立了直升机旋翼结构的动力有限元模型,对旋翼在静止、应力刚化影响下的动力特性进行了分析;建立旋翼声振耦合动力学模型,考虑外声场和旋翼几何非线性影响因素,深入研究旋翼动力特性的变化规律,分析了其内在机理。研究分析发现:考虑声场影响后结构前三阶的固有频率误差分别减小了0.46%、0.82%、0.45%,更接近实验值,旋翼桨叶的振幅峰值明显降低;应力刚化对旋翼模态影响较大,随着其转速的增加固有频率呈二次曲线上升趋势;几何非线性使旋翼的共振频率值略微增大、振幅极值减小。     

圆柱绕流气动声的偶极子及四极子源法定量研究

以亚临界三维圆柱绕流的气动噪声为对象,研究声类比理论中偶极子及四极子源模型在预测低Mach数流动气动声的可靠性及准确性。使用大涡模拟(LES)得到非定常流场,并依据声类比中的Curle等效偶极子面源和Lighthill四极子体源模型,提取相应的声源数据,经Fourier变换得到涡脱落频率处的声源信息,进而定量预测圆柱绕流的气动声。结果表明:Curle模型的结果与实验结果吻合良好,Lighthill体源模型预测的准确性依赖于声源区域截断,不恰当的声源截断将导致错误的声场预测。      

任意斜裂纹转子的耦合振动研究

对包含不同类型裂纹(横裂纹、横-斜裂纹以及任意斜裂纹)的转子的耦合振动进行研究,以揭示裂纹转子在不同方向上刚度参数的变化规律及其交叉耦合机理,特别是由此引发的振动特征.对于包含不同类型裂纹的转子轴段,采用六自由度Timoshenko梁单元模型对其进行单元建模,并基于应变能理论推导计算柔度参数和刚度矩阵.在此基础上,采用纽马克-β数值算法求解裂纹转子的运动方程,获得裂纹转子在单故障或多故障激励(不平衡激励、扭转激励或不平衡激励加扭转激励)作用下的耦合振动响应,进而分析耦合振动谱特征.与横裂纹和横-斜裂纹相比,任意斜裂纹使转子刚度矩阵的交叉耦合效应更显著,导致转子发生更强烈的弯-扭耦合甚至是纵-弯-扭耦合振动.无论是在不平衡激励还是扭转激励作用下,弯曲振动与扭转振动幅度都更大.而且,包含不同类型裂纹的转子的耦合振动特征频率,例如旋转基频与二倍频、扭转激励频率及其边带成分的幅值,对裂纹面方向角具有不同的敏感性.所得的这些研究结果,可以为转子裂纹的特征参数辨识与诊断提供理论依据.     

离心风机蜗壳在内部流场脉动压力激励下的动力响应研究

数值模拟了离心风机蜗壳在非定常气动载荷下的动力响应.首先考虑蜗壳与轮盘轮盖之间的间隙及轮盖处的内泄露,模拟了T9-19No.4A离心通风机内部三维非定常流场.然后将作用在蜗壳表面的非定常气动力加载给蜗壳模型,并采用有限元方法对蜗壳进行动力响应计算,实现了从流体到结构的单向耦合.最后将实验测量和数值计算蜗壳的振幅进行对比,结果吻合良好,表明本文的方法能够较为准确地模拟蜗壳在内部流场脉动压力激励下的动力响应.     

圆柱及切割圆柱低Mach数绕流气动声辐射

以柱体绕流声辐射为研究对象,探讨低Mach数流动气动声定量预测方法。首先,理论分析Lighthill声类比理论与基于流体动力学压力对时间求导的扰动分离模型之间内在联系。其次,利用计算流体动力学对圆柱及其尾部切割后的亚临界流态绕流进行二维数值求解,分析两种湍流模型的流场计算效果。最后,分别使用声类比理论FW-H方程及扰动分离模型进行柱体绕流气动声辐射定量预测,分析声指向性及频谱特性。数值结果表明声类比理论与扰动分离模型预测的声辐射频谱相似,但前者的幅值略高;圆柱尾部切割使尾流脉动增强,导致声辐射变大。     

强吸气旋转圆筒壁面湍流边界层建模及计算

提出了湍流边界层的一种简单、快速计算方法, 用以求解强吸气作用下旋转圆筒表面边界层流动. 首先, 理论分析了同心圆筒间的旋转流体运动, 外筒静止、内筒旋转且为多孔吸气条件. 强吸气情况下旋转流动主要表现为内筒壁面附近的边界层流动, 基于这一事实得到了周向速度分布的解析表达式. 其次, 通过引入新参数扩展Cebeci-Smith代数湍流模型, 使其能考虑流线曲率、壁面吸气、低Reynolds数效应等因素. 针对这些因素的综合影响, 采用解析修正和经验参数对模型进行调整. 同时, 基于Reynolds应力湍流模型的仿真结果, 校准代数湍流模型中的经验参数. 最后, 给出基于广义Cebeci-Smith湍流模型的旋转壁面边界层流动的迭代算法, 该算法适用于需要特殊迭代过程的轴向及周向流动均匀情况. 计算了不同旋转速度和吸气强度组合工况下的边界层流动, 其周向速度和湍流强度分布与基于Reynolds应力湍流模型的计算结果非常接近. 并且表明, 当Reynolds应力湍流模型数值模拟预测内筒边界层为稳定层流时, 该方法也再现了相同初始条件下的层流边界层.      

眼内房水流动的数值研究

研究眼内房水流动有助于认识眼睛疾病（如青光眼）发生机理.该文利用计算流体力学计算了人眼睫状体分泌的房水由后房流经5μm和30μm虹膜-晶体间隙进入前房,再经小梁网排出这一过程,分析了平视、仰视、俯视不同体位以及不考虑浮力因素的眼内房水流场.结果表明不同情况的房水压力场类似,5μm虹膜-晶体间隙时后房眼压比前房约高30 Pa,而30μm时前后房压力基本相同,小梁网压力下降明显.前后房压差驱动房水从后房流经虹膜间隙到前房,而角膜与虹膜温差引起的自然对流为前房房水的主要流动.前房自然对流引起的压差变化在mPa量级,温度较高房水汇集区域压力稍高.平视时主要为前房虹膜侧房水上升、角膜侧下降的自然对流循环;仰视时瞳孔区房水沿前房中心轴上浮,然后沿角膜向周边下沉,从虹膜周边部回到瞳孔,形成轴对称的对流模式;对于俯视,流动模式与仰视正好相反,前房中心轴上房水从角膜运动到瞳孔处;不考虑浮力作用时,房水的平均速度比自然对流时小1~2个数量级.     

离心风机蜗壳振动辐射噪声的数值预测

数值模拟了T9-19No.4A离心风机蜗壳在非定常气动力作用下的蜗壳响应振动及其噪声.首先给出该风机运行时振动及噪声的测量结果,得出基频噪声是主要噪声类型.然后使用CFD软件ANSYS CFX对风机内部流场做了整场瞬态数值模拟.流体压力脉动作用于蜗壳产生一个随时间变化的力,激励其振动,实现流体到结构的单向耦合.接着运用ANSYS multiphysics模块对风机蜗壳进行了谐响应分析,最后应用LMS SYSNOISE模拟了蜗壳振动向外辐射的噪声.     

任意斜裂纹转子的耦合振动研究

对包含不同类型裂纹(横裂纹、横-斜裂纹以及任意斜裂纹)的转子的耦合振动进行研究,以揭示裂纹转子在不同方向上刚度参数的变化规律及其交叉耦合机理,特别是由此引发的振动特征. 对于包含不同类型裂纹的转子轴段,采用六自由度Timoshenko梁单元模型对其进行单元建模,并基于应变能理论推导计算柔度参数和刚度矩阵. 在此基础上, 采用纽马克-$\beta$数值算法求解裂纹转子的运动方程,获得裂纹转子在单故障或多故障激励(不平衡激励、扭转激励或不平衡激励加扭转激励)作用下的耦合振动响应,进而分析耦合振动谱特征. 与横裂纹和横-斜裂纹相比,任意斜裂纹使转子刚度矩阵的交叉耦合效应更显著,导致转子发生更强烈的弯-扭耦合甚至是纵-弯-扭耦合振动.无论是在不平衡激励还是扭转激励作用下, 弯曲振动与扭转振动幅度都更大. 而且,包含不同类型裂纹的转子的耦合振动特征频率,例如旋转基频与二倍频、扭转激励频率及其边带成分的幅值,对裂纹面方向角具有不同的敏感性. 所得的这些研究结果,可以为转子裂纹的特征参数辨识与诊断提供理论依据.