压气机过渡态的旋转失速和喘振研究

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压气机是航空发动机的重要部件。航空发动机工作时,当遇到外界干扰,会产生旋转失速、喘振和颤振等不稳地流动。这些不稳定流动会给发动机造成灾难性损害。对于固定转速下引起不稳定流动的因素,消除这些不稳定流动的措施,有很多的研究。在实际中,发动机的转速不是固定不变的,常常需要从某一转速加速至另一转速,或者从一高转速减速到某一低转速,在这一过程中,压气机也常常发生不稳定的流动。对于这一方面的研究比较少。  本文在Moore-Greitzer模型的基础上,根据实际压机的特性曲线随着转速而变化的特点,改进了一个变转速的过渡态压气机模型。改进的模型假定推导Moore-Greitzer模型的条件在过渡态中成立,根据文献中压气机特性线随着转速变化的特点,设压气机特性曲线是压气机转速的函数。在此基础上,改进出了一个压气机过渡态的旋转失速和喘振模型。对过渡态模型进行了分岔分析和动态特性分析。当压气机转速变化时,不同转速下,随着喷口参数值的变化,其Hopf分岔点,鞍结分岔点和跨临界分岔点会不同,这是由于压气机特性曲线随着转速变化的结果;对于相同的压气机喷口参数,随着转速的变化,系统会进入鞍结分岔和跨临界分岔;对于增大喷口参数值,系统只会进入鞍结分岔。对于一种具体的转速变化规律,对变化规律的系数进行了分析,对于不同的初始扰动和初始转速,较小的系数值和较大的系数值,系统会进入稳定流动,对于中间值,系统会进入不稳定流动,对于不同的初始条件,这些开始进入不稳定流动的系数值和从不稳定流动进入稳定流动的系数值是不同的。通过对模型的分岔分析、系统的动态仿真和具体转速变化规律下参数值对稳定区间的影响的分析,证实在Moore-Greitzer模型基础上改进的过渡态模型是有意义的,对后续的控制器设计有指导作用。
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