轴流压气机失速初始扰动的研究进展

在失速主动控制思想的推动下,对轴流压气机失速初始扰动的研究一直是叶轮机械非定常流领域的热点问题之一,同时也是一个尚未认识清楚的难点问题. 本文从失速初始扰动的理论模型、实验研究和机理分析3个方面对轴流压气机失速初始扰动的研究进展进行了回顾.对目前失速初始扰动研究中的集中问题,如低速和高速环境下初始扰动的试验检测方法, 初始扰动类型,以及初始扰动出现的内在流体动力学机理等问题进行了总结. 在此基础上,讨论了叶尖区域的复杂流动特性和失速初始扰动的内在联系,并指出了失速初始扰动研究的发展趋势, 认为今后应进一步深化如下问题:初始扰动形式影响因素的系统研究, 高速压气机中初始扰动新形式研究,初始扰动产生的流体动力学物理机制及其与压气机的设计和运行参数之间的关联性研究.      

基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究

针对直升机旋翼反流区因反流动态失速导致的非定常载荷、阻力激增以及负升力等问题,开展了基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究.采用动态压力测量结合翼型表面压力积分的方法,重点分析了后缘小翼不同的振荡相位差、幅值和减缩频率对反流动态失速控制的影响规律,对比了后缘小翼动态偏转和固定偏转的差异,试验雷诺数Re=3.5×10⁵.结果表明,当后缘小翼与翼型以相同的频率正弦振荡运动,且二者的相位差为0°时,能改善反流动态失速过程中钝几何前缘的流动分离,并在反流状态下实现了翼型负升力系数下降21.2%,阻力系数下降37.5%,俯仰力矩系数迟滞环面积下降44.6%的控制效果;动态偏转的后缘小翼对翼型反流动态失速的控制效果随后缘小翼振荡幅值的增加而增加,但进一步增加振荡幅值对于控制效果的提升有限;当减缩频率增加时,动态偏转的后缘小翼对反流状态下翼型阻力的控制效果会更加明显;后缘小翼的动态偏转与固定偏转都能有效改善翼型在反流中的动态气动性能,但是动态偏转对于不同翼型迎角的适应能力优于固定偏转,并取得了更好的非定常载荷控制以及更好的阻力和负升力改善效果.     

合成射流对失速状态下翼型大分离流动控制的试验研究

为研究低速状态合成射流在抑制翼型气流分离和推迟失速方面的控制机理, 开展了NACA0021 翼型失速特性射流控制的风洞试验研究. 通过系统性的模型测力、翼型瞬态流场粒子图像测速和边界层速度测定的对比试验, 深入探索了合成射流各参数对翼型失速特性控制效果的影响规律. 试验结果表明射流偏角在翼型升力和失速迎角控制方面的效果对射流动量系数较为敏感: 当动量系数较大时, 近切向射流的控制效果更好. 射流动量系数为0.033 时, 偏角30°的射流使得翼型升力系数峰值提高23.56%, 失速迎角增大5°; 而动量系数较小时, 偏角较大的射流能够获得最佳控制效果. 射流动量系数为0.0026 时, 法向射流对翼型最大升力系数控制效果最好(提高9.2%).      

轴流压缩系统过失速行为的非线性分叉分析

采用Greitzer的轴流压缩系统数学模型，按照B参数对压缩系统不稳定行为的影响，分阶段对从失速到喘振的过失速过程进行非线性分析，并得到了临界点B附近的变化规律。基于分叉理论，证明了在产生Hopf分叉后，系统可产生唯一且稳定的极限环，且在有限域内的系统轨迹趋近于这个稳定的极限环。     

基于主动流动控制的射流矢量偏转技术

本文介绍了一种基于主动流动控制技术的射流矢量偏转新方法和控制思路。通过在主射流出口两侧加装斜置扩张固壁板来降低射流两侧与固壁边界间的流体压力,将射流偏转由"不敏感-难控"转变成"敏感-易控",再在固壁板布置自行研制的斜出口合成射流激励器对主射流进行比例偏转控制。实验结果表明,射流最大偏转角可达15°。此外还研究了激励位置角度、激励频率、激励电压不同工作参数对射流矢量偏转控制的影响,实现了主射流偏转角的比例控制。当合成射流与主射流动量比为1∶43时,主射流偏转角可达13°,合成射流激励器消耗的能量为1.5W,初步实现了以小的能量消耗获取高的控制效益。     

压电结构的主动控制仿真与实验研究

结合有限元方法研究了直接负速度反馈和基于LQR(二次线性最优控制)的独立模态空间主动控制方法来控制结构的振动, 采用一种新的仿真方法：PATRAN与MATLAB联合仿真,对这两种方法进行主动控制数值仿真. 用MATLAB的xPC实时控制,进行了主动板的振动控制实验,验证了采用上述控制仿真方法的正确性. 各种结果表明用压电结构进行振动主动控制效果明显.     

变几何叶片对压气机特性影响的实验研究及分析

利用带导叶的单级轴流压气机实验台，详细测量了进口导叶无预旋、全叶高预旋2度和叶顶端部预旋2度对压气机总性能、基元性能及失速边界的影响。在设计及非设计转速下，通过对比三种导叶几何条件下的性能曲线，探讨了导叶预旋在非设计转速下的扩稳效果及设计转速下对 气机性能的影响，分析了利用端弯技术扩大压气机稳定工作范围的机理，该研究进一步说明了端弯技术是推迟轴流压气机不稳定流动发生的有效手段之一，可以很方便的用于实际轴流压气机中。     

主动磁悬浮控制力矩陀螺的系统仿真

以刚体动力学为基础，考虑功放延时、转子不平衡、磁轴承非线性等因素，建立了磁轴承反馈控制控制系统模型，对不同的控制律进行了仿真分析。仿真结果表明，应用状态反馈进行解耦控制能够有效抑制转子系统的陀螺效应对系统稳定性的影响，且在初始偏差下可以快速线性收敛，稳定性很好。     

压气机近失速点旋涡流场时空演化分析

为了探索轴流压气机内旋涡流场的时空演化特征, 对一台压气机转子的流场进行了时间精确的数值模拟. 通过对转子不同轴向位置的流量分析发现, 在压气机近失速工况附近, 压气机进口流量波动约为最大流量的2%. 对旋涡流场的进一步分析发现, 叶片尾缘附近吸力面的旋涡流场摆动是导致压气机进口流量波动的主要原因.      

涡轮增压器离心压气机非稳态工况流场分析

利用商用 CFD 软件对一小型车用离心压气机建立了数值模型,并将模拟结果与实验结果进行了对比:稳态的设计转速最高压比相差不超过 0.5%,最高效率相差不超过1.5%;非稳态模拟和实验得到的失速频率均为 3000Hz,模拟结果真实可信.主要利用设计转速下小流量工况时的非稳态数值模拟结果对喘振发生前离心压气机各部件的非稳态流动特点进行了详尽阐述.研究结果表明:小流量工况时离心压气机各部件均出现非稳态流动现象,这种非稳态效应在各部件中表现出不同的特点,且随着流量的减小这种非稳态效应会不断加剧.     

噪声有源控制系统的性能预测

研究有源噪声控制中系统性能的实验预测方法,通过原理分析表明利用原始声场和次级声通道传递函数测试数据,能够预测有源噪声控制系统的性能并优化设计系统;结合飞机舱内的应用实际,给出了有源噪声控制系统性能预测和优化设计的基本方法和过程。该方法已被应用于国产运七飞机舱内噪声有源控制实验,取得了满意的结果。     

涡旋式压缩机排气系统气流脉动现象研究

研究了涡旋式空气压缩机排气系统的气流脉动现象，首次提出了排气孔口侵入现象及计算方法。由一维非定常流动理论建立了排气系统气流脉动的计算模型，利用匀熵修正理论进行了边界条件处理，并运用Ｌ－Ｗ两步计算法进行了数值计算。试验样机的实测结果与数值计算结果吻合较好。研究内容对于新型压缩机——涡旋式空气压缩机的设计具有指导意义。     

转子系统振动的CSFDB主动控制实验研究

采用可控挤压油膜阻尼器作为主控元件,进行转子系统振动主动控制研究,设计开发了锥形可控挤压油膜阻尼器（Controllable Squeeze Film Damping Bearing,CSFDB).CSFDB的外环轴向位置通过专门设计的电液伺服系统来调节其平淡同的轴向位置对应不同的油膜间隙,使转子系统、CSFDB、电液伺 服系统形成一个闭环控制系统,即主动控制转子系统的振动,本文的实验研究工作内容有,CSFDB-转子系统振动特性实验研究;CSFDB-转子系统加、减速振动特性试验研究;转子系统振动的CSFDB主动控制实验研究。转子模型为一单盘悬臂转子,研究结果表明,CSFDB控制效果明显,所研制的控制仪工作可靠,能满足实时必研究;CSFDB外环位置调节系统设计思路可行,性能可靠避孕药推广应用前景。     

一种基于SMR主动隔振模型的功率流控制方法

用功率流指标描述主动隔振系统中能量的传输，以传输到接受性的功率流最小为最优化控制目标，推导主动隔振系统中功率流传递的最优控制表达式，提出一种基于SMR主动隔震模型的主动功率流的最优化控制策略，对比分析了被动和主动模型下总功率流的传递特性以及主动控制时传递到基础的各功率流分量的分布特征。针对工程实际中的柔性安装问题，对四边筒支矩形薄板扩动隔振进行了研究。     

风机叶片噪声的有源消声研究

建立了风机转动时产生的动叶气动噪声和静叶干涉噪声的声学模型，推导了声功率的表达式，根据最小辐射声功率准则导出了有源消声控制方程，并探讨了次级声源的配置参数对消声效果的影响。     

Design of an Active Noise Control System Using a Distributed Actuator

A distributed acoustic actuator for active noise control, consisting of a piezoelectric PVDF film, bonded at each side of a carrier structure, is simulated and built. The piezoelements are driven in anti-phase, resulting in a bending motion of the actuator, and thus in the necessary out-of-plane displacement for sound radiation. An analytical model for the acoustic actuator is derived, relating the actuator's displacement to the applied voltage, taking into account the influence of the piezoelectric film on the actuator's stiffness. The model is used to optimise the specifications for the piezoelectric film and the carrier structure, resulting in the highest sound power output in a frequency range from 30–500 Hz. An analytical model for the behaviour of a double panel partition is derived. The analytical model is combined with the model for the acoustic actuator, describing an actively controlled double panel partition with a distributed acoustic actuator integrated in the cavity. A controller is added to the system to control the sound power transmitted through the double panel partition. Simulation results show that a substantial increase of transmission loss can be achieved in the low frequency region (30–500 Hz) with this configuration. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

高速磁浮双向主动控制系统模型参数分析

磁浮控制系统是磁浮列车的重要组成部分,是保证磁浮运行的安全性和平稳性的关键部分.本文以PID控制器为研究对象,为了研究磁浮列车中悬浮控制的动态性能与控制参数的变化规律,建立了基于状态反馈的PID磁浮控制系统的数学模型,并通过多体动力学软件SIMPACK联合可视化仿真工具MATLAB/SIMULINK建立了耦合分析模型,进行了多参数的比较分析.系统讨论了单磁铁控制器在不同PID控制参数下,磁浮间隙和磁浮电磁铁加速度等监测控制量的变化曲线,并针对双向受力状态的不同,分别研究了具体工况下高速磁浮的竖向和横向控制性能.研究表明:本文所使用的高速磁浮控制系统模型,具有较强的抗干扰性和鲁棒性,控制性能优秀,其参数分析方法可为未来实际工程的建设提供技术支撑.