带后缘附翼的桨叶气动扭转变形特性

针对修正的Greensberg准定常气动理论建立了带后缘附翼的桨叶运动方程.在此基础上,研究了不同的附翼偏角下桨叶扭转角沿着展向的分布规律,同时,也研究了不同的附翼偏转角下桨叶挥舞方向的变形情况.数值结果表明:当附翼偏转角为6°时,桨尖的扭转角为-3.8°;当附翼偏转角为-6°时,桨尖的扭转角为3°.附翼偏转角对桨叶挥舞方向的变形也有很大的影响,当附翼偏转角为6°时,桨尖挥舞位移为0.16R,比附翼无偏转时减少了50.8%.因此,通过后缘附翼的偏转使桨叶产生扭转变形在理论上是可行的.     

兆瓦级风力发电机组多段权系数独立变桨控制

为了实现风力发电机3个桨叶的独立控制,依据风力机空气动力学原理、风轮扫及面内风速风切特性和塔影效应,提出了基于桨叶方位角信号的多段权系数分配独立变桨距控制方法.根据每个桨叶的方位角信号判断出该桨叶所在的风速区域,选取此区域所对应的相关权系数对3个桨叶统一的桨距角进行重新分配微调,将统一变化的桨距角转化为每个桨叶独立变化的桨距角.系统模型仿真结果表明,该方法不仅可以使3个桨叶桨距角能根据其受风情况做出相应变化,实现3个桨叶独立变桨,在稳定输出功率的同时减小桨叶拍打振动,而且能够根据简化的风力机模型进行变桨控制,方法简洁、有效、容易实现.     

基于参数化模型的船用螺旋桨的数控加工

为实现螺旋桨的参数化设计及数控加工,根据螺旋桨桨叶的几何结构和成型原理建立桨叶曲面的参数化数学方程;分析螺旋桨的加工工艺,基于桨叶参数化数学方程计算五轴加工螺旋桨的刀位点和刀轴矢量,并通过后置处理将刀位信息转化为机床运动,得到数控加工程序,在Vericut中进行螺旋桨数控加工仿真。结果表明:基于参数化方程的设计方法提高了桨叶曲面的设计效率和准确性;加工仿真结果验证了刀具路径和数控程序的可行性,满足螺旋桨的加工要求;基于桨叶参数化数学模型可以自动生成数控程序,提高螺旋桨的数控编程效率和加工精度。     

基于Duffing振子的微弱正弦信号检测

通过对Duffing振子方程的数值计算,分析系统在平衡点处的稳定性和参数变化对系统的影响.研究结果表明:系统稳定状态最终会运动到2个焦点中的1个位置上;其策动力幅度变化对系统相图有很大的影响,合适参数作用下Duffing振子会处于临界混沌状态.在此基础上构造Duffing检测系统模型,利用系统相图的跃变特征,可以检测出强噪声背景下的微弱正弦信号.仿真结果表明该检测系统具有良好的抗噪声性能和较好的检测性能.     

一类非线性不确定系统的输出跟踪控制

设计了一类不确定非线性系统模糊自适应输出跟踪控制器. 首先将一个时变参数引入到规则前件的高斯型隶属度函数中, 形成一组带有时变参数的模糊规则, 通过时变参数的变化改变高斯型隶属度函数的中心和宽度,进而改变原Mamdani型模糊逻辑系统的输出,形成新的带有时变参数的模糊逻辑系统. 然后以这种改造后的模糊逻辑系统逼近系统的未知非线性项,构造时变参数和逼近精度的自适应律,设计相应的自适应输出跟踪控制器. 这种方法的优越性在于充分利用原有的有限数目的模糊规则,合成具有较少自适应律的模糊自适应输出跟踪控制器. 最后,通过Duffing的仿真算例验证了本文提出方法的可行性和有效性.     

翼型非定常来流下复合运动动态失速仿真

针对直升机前飞时的动态失速问题,本文采用转捩修正的SST k-ω湍流模型和嵌套网格技术对雷诺数Re为3. 92×10~6时的直升机二维翼型SC1095进行数值仿真。以非定常来流条件下的纯俯仰运动为基础,对比分析了在耦合挥舞、摆振运动时,相位差、振幅对动态失速的影响;比较挥舞、摆振二者运动对于动态失速角的作用大小。结果表明:固定振幅条件下,挥舞和摆振运动相位差的增加会使动态失速角提前,升力系数峰值提高;固定相位角条件下,挥舞和摆振运动振幅的增加会使动态失速角延迟,升力系数峰值减小。挥舞运动对于非定常来流下俯仰运动翼型动态失速角的影响要大于摆振运动。本文计算方法和研究结果为翼型多自由度耦合运动下的动态失速行为预测提供参考。     

复域Duffing振荡器的分数阶混沌

首先分析了整数阶算子对分数阶算子的逼近,利用线性系统分析工具--Laplace变换建立了基于周期强迫复域分数阶Duffing振荡器模型.计算机仿真实验表明不仅整数阶复Duffing方程可产生混沌,而且分数阶复Duffing方程,在适当的参数调节下也可产生混沌,从而为非线性动力系统的混沌研究从整数阶扩展到分数阶提供了新的研究方向.     

兆瓦级风力发电机电动变桨距系统仿真

在介绍了风力发电机电动变桨距系统的基础上,以实现桨距角变化的精确控制为目的,对电动变桨距系统进行设计,并提出了变桨距系统控制器的设计方法.为了实现精确控制,在对变桨距系统建立仿真模型时重点考虑了传动系统的误差对桨距角控制的影响.针对风力发电系统的非线性、时变、强耦合的特点,将模糊控制引入到变桨距控制中,在高于额定风速的情况下,根据主控制器由风速变化计算出的桨距角变化量调节桨叶的位置.最后利用Simulink构建整个控制系统模型,对变桨距系统进行仿真.     

直升机悬停状态下的振动计算

为降低直升机的共振危害,需要一种对直升机在空中悬停时振动特性快速计算方法.旋翼在离心力作用下,固有频率受应力刚化效应影响发生变化,同时存在旋翼桨叶/桨叶和旋翼/机身的耦合影响,动力学分析十分复杂,另一方面为提高计算效率,运动方程的低阶次、程式化成为迫切的需求.多体系统传递矩阵法(Transfer matrix method for multibody systems, MSTMM)同时解决了这两个问题.为准确快速计算悬停直升机固有频率,本研究基于MSTMM建立一种柔性四片旋翼与直升机机身耦合的动力学模型,推导出系统的动力学拓扑模型、总传递方程和特征方程.重点推导了空间旋转梁和旋转轴的传递矩阵,最终快速计算得出悬停直升机系统固有频率.研究表明:空间旋转梁MSTMM计算结果和ANSYS Workbench仿真结果对比,误差不超过2%,旋转轴MSTMM计算结果与参考文献结果基本一致;机尾固定的约束条件下,计算出36.651 9 rad/s转速下旋翼/机身耦合系统的前13阶固有频率,与ANSYS Workbench仿真结果一致,改为悬停无约束条件,计算得出悬停直升机系统前8阶固有频率,计算速度相较仿真速度提升了7.1倍,为直升机动力学分析提供一种新思路.     

基于数值仿真的膨胀式压溃管阻抗性能研究

为了研究膨胀式压溃管阻抗性能,进行了数值仿真与实物试验对比,验证了数值仿真方法的有效性,并总结了两种研究方法的差异点.基于数值仿真软件平台并运用ALE自适应算法研究了压溃管装置诱导锥面角、壁厚和直径等主要设计参数对膨胀式压溃管阻抗力的影响关系.结合实际压溃管装置的性能特性,提出实际生产中通过控制压溃管装置参数来实现快速设计开发的方法.研究结果表明:当诱导面的锥角在15°～45°之间时,角度越大,压溃管的阻抗力越大;壁厚增大时,压溃管的阻抗力增大;直径对压溃管阻抗力的影响很小.压溃管设计时,应先根据安装空间尺寸确定压溃管直径,再通过控制变量,以壁厚作为粗筛条件进行仿真来确定壁厚范围,最后根据性能需求对诱导锥面角等参数进行匹配性仿真优化和最终设计.     

屋顶安装型风力机塔架风振反应分析

为了研究屋顶安装型风力机塔架在风荷载作用下的动力性能,对该塔架进行风振时程反应分析.建立考虑叶片传至塔架作用力的塔架振动方程,采用引入快速傅里叶变换(FFT)技术的谐波叠加法分别模拟得到叶片和塔架的风速时程,利用叶素理论计算叶片传至塔架作用力.研究屋顶集风效应和叶片旋转对此类风力机塔架风振反应的影响.结果表明考虑屋顶集风效应后塔架的风振反应有一定增强;叶片旋转情况下塔架位移和弯矩显著增加.     

Numerical simulation on impact-contact between the tips of a pair of blades

To study the dynamic characteristics and damping mechanism of impact-contact between the tips of blades further more,the impact-contact between the tips of a pair of blades was studied through numerical simulation.In this paper,the dynamic equation of contact-impact between the tips was established and Newmark direct integration method was adopted in numerical simulation.The nonlinear response characteristics and damping mechanism of impact-contact system are obtained.The results of numerical simulation were obtained as follows:As the clearance between blade shrouds is smaller,the vibration amplitude is smaller.The clearance between blade shrouds has a great influence on the input energy of the aerodynamic-excitation-vibration force.As the clearance of blade shrouds increases,the input energy of the aerodynamic-excitation-vibration force increases rapidly.     

液力变矩器导轮叶片造型及优化设计

为减少叶片设计参数,提高设计效率,用儒科夫斯基型线进行液力变矩器导轮叶片造型研究.对儒氏型线进行简化,并采用尾部加厚处理,使其适应液力变矩器流动要求;构建儒科夫斯基导轮叶片型线模型,用该模型对一系列液力变矩器导轮叶片进行拟合.仿真计算与实验结果对比表明:处理后的儒氏型线能够精确表达已有液力变矩器导轮叶片,可以用于液力变矩器导轮叶片的设计.在集成式液力变矩器设计平台上,利用基于存档的小种群遗传算法对儒氏型线液力变矩器导轮叶片进行优化,结果显示:与传统叶片造型方法相比,儒氏型线可以利用较少的参数有效地进行液力变矩器导轮优化设计,缩短了设计周期.     

地震波传播方向对风力机动力响应的影响

为了研究风力机遭遇地震时地震波传播方向对动力学响应和机组性能的影响,基于Wolf土-构耦合模型和多体系统动力学理论建立了5 MW风力机的动力学分析模型.通过编制程序实现了风力机地震波、气动载荷与结构弹性变形相互耦合响应的数值仿真.结果表明,正向地震主要影响叶片挥舞方向振动变形和塔基的俯仰力矩,而侧向地震主要影响叶片摆振方向振动变形和塔基的横摇力矩,地震作用下叶根力矩最大值增幅可达66. 67%,塔基力矩最大值增幅可达98. 23%.     

A novel vibration modeling method for a rotating blade with breathing cracks

This paper proposes a vibration modeling method for a rotating blade with breathing cracks, considering the coupling of the centrifugal effects, the breathing effects and the crack effects. Firstly, considering the combined effects of the centrifugal stress and the bending stress, a crack breathing model for the rotating blade is proposed. Since the crack surface cannot provide the spanwise centrifugal tensile stress, an additional bending moment will be generated at the crack surface in the rotating state.Therefore, an additional bending moment caused by the centrifugal stress is then constructed. In addition, due to the discontinuity of the crack cross section, the additional stiffness caused by the centrifugal effects of the cracked blade will be smaller than that of the normal blade. Therefore, a correction coefficient of the centrifugal stiffness is built. Furthermore, based on the Lagrange equation and the assumed modal method, the vibration equation of the rotating blade with a breathing crack is established(RBC model), and a strategy is constructed for solving this vibration equation. Finally, taking the finite element model(FEM) as a reference, the vibration responses of the RBC model, the open crack model(OC) and the bilinear crack model(BC) are compared. The necessity of the RBC model is illustrated, and the accuracy of the RBC model is verified. The RBC model is a computationally efficient alternative to the finite element analysis for the rotating cracked blade. It can provide an important tool for the vibration modeling and the vibration analysis of the rotating shaft-disk-blade system with cracked blades.     

大扭曲叶片整体涡轮盘电解加工关键技术

整体涡轮盘大扭曲叶片的机械加工一直是制造业中的难点,本文提出用薄片底板阴极的展成电解方法实现其叶片加工.分析大扭曲叶片展成电解加工成形过程特点,对叶片型面离散点坐标进行数据处理,进行组合式数控系统多轴联动计算机辅助数控编程;用程序补偿法消除叶片根部三角区过切,用具有补液流场的薄片与座体的组合阴极进行展成加工,消除叶背处电解二次腐蚀过切;进行整体涡轮大扭曲叶片展成电解加工试验,可稳定达到叶片加工工序要求.     

基于UG的风机叶片参数化建模方法

叶片是风机的关键部件,通常采用分段截面拟合进行叶片体建模,在UG平台上对风机叶片进行参数化建模,采用控制叶片厚度的方法对叶片的截面进行参数化设计,并基于Excel表参数化生成风机叶片的各个截面。应用UG图形的变换功能,确定各个截面的空间位置,并在UG曲面造型模块中生成叶片的实体模型,完成叶片实体建模后,对叶片的曲面进行曲面分析和检查。此种建模方法,减少了风机叶片建模的工作量,避免了重复工作,为通风机的系列化建模奠定基础。     

船舶螺旋桨流固耦合稳态求解算法

为了研究复合材料变形特性对螺旋桨水动力性能的影响,运用计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺时均纳维斯托克斯(PANS)方程和3种湍流模型,计算了螺旋桨的敞水性能并将其和试验结果进行了对比,两者吻合较好,验证了流体计算的准确性.推导了变形后的螺旋桨纵倾、侧斜、叶切面螺距以及拱度等几何参数,并将CFD软件计算和有限元求解耦合起来,即首先利用流体计算软件计算桨叶压力载荷,再将流体载荷通过插值技术传递给有限元,计算出螺旋桨的变形,然后再将变形后的桨叶几何输入流体计算软件,反复迭代,直至结果收敛的过程,实现了螺旋桨稳态性能求解的流固耦合算法.该算法可以计算螺旋桨在不同转速和进速下的应力分布和变形,能够求解螺旋桨变形后的压力分布和水动力性能,适用于复合材料螺旋桨的设计.     

基于有限元方法的汽轮机叶片动强度评估

为克服Campbell图在确定叶片共振点时产生的虚假信息给工程设计和分析带来的干扰,采用有限元方法对整圈叶片的固有频率和振型进行了分析计算．在整圈计算结果的基础上,根据共振条件并借助于SAFE图,提出了确定共振点的一般方法．利用该方法对某汽轮机叶片进行了动强度评估分析．结果表明,该方法可用于叶片设计和叶片事故分析．