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文字|石孟岩
编辑|施梦艳
前言
采用现代轻质叶片几何形状，气动弹性耦合往往会减少飞机推进发动机中压缩机和风扇的工作范围。
尽管同步激励机制如今已广为人知，但未来涡轮机械应用中最具挑战性的气动弹性现象将是异步的。
随着人们对能源利用的需求不断提高，涡轮机械的应用越来越广泛，为人们提供了便利和帮助。如果你想全面地进行研究，你需要了解它的重要性。
涡轮机械的未来是什么？什么是气动弹性耦合现象？
闲聊和自助餐之间的区别
颤振通常被定义为涉及叶片之间耦合的自激叶片振动，并且被认为是特定特征模式下的初始小振幅叶片振动。
线性建模方法可以预测这种机制的发生、识别重要模式并制定对策。这种扰动仅取决于叶片振动，并且当振动停止时扰动消失。
对于大振动幅度，空气动力学或结构动态非线性可能会导致极限循环振动模式，将其设置为与先前频率不同的频率以区分它们。
与涡轮发动机风扇一样，临界模式通常取决于入口和风扇级，从而产生涡流声学模式。
抖动描述了与固有频率相关的空气动力学，在该固有频率下不稳定性与特定本征模式下的叶片振动相互作用。
尽管通常不需要周向叶片与叶片的耦合，但平面声波导模式通常会设置并同步空气动力学不稳定的相位，从而导致零节点直径振荡。
旋转室结构形式
旋转失速是一种纯粹的空气动力学现象，由叶片排过载和随后的流动分离引起，导致形成沿圆周传播的失速单元。
这通常会由于不稳定的载荷而激发结构本征模态，但对于小振幅，传播不会与叶片振动耦合。
异步受迫响应是在捕获声学模式和一致结构振动模式之间观察到的多级压缩机中的异步耦合机制。
这种现象在风扇应用中不太相关，在风扇应用中，通常会发生对流异步振荡，并且接近稳定极限，但在旋转失速开始之前。
我们还描述了传播空气动力学、涡度扰动和叶片振动之间的复杂锁定机制，以最大化空气传播的加速度。
叶片振动会导致自由涡度的变化，甚至在通道流中形成径向涡流，如果通道中有足够的障碍物，这会导致叶片之间产生对流。
由于与拖动叶片的相互作用、模态强迫以及由此产生的涡度降低，空气动力学扰动的传播可以锁定结构振动模式并导致相干的流体-结构相互作用。
这种现象必须与颤振区分开来，因为气动扰动的发生没有叶片振动，并且具有特征对流传播速度。
对于所有描述的现象，尖端区域的流动结构，特别是尖端泄漏流和通道冲击的影响非常重要。
严重的阻塞可能会导致扰动的圆周传播或导致边界层分离，从而使其容易受到声学或结构动态反馈的影响。
对于高速风扇来说，旋转失速、抖振和颤振是目前众所周知的最常见的不稳定机制。
设置低速风扇主要在压缩特性的平坦部分运行的配置，使其更容易受到失速引起的不稳定的影响，并显着改变相关特性。
与高速设计相比，颤振频率较低，进气口的声学衬里旨在衰减高频社区噪声，而不影响与气动弹性不稳定相关的模式。
低速风扇的入口长度较短，导致入口不对称性更强，声相互作用改变，从而产生更强的宽带激励和移动的谐振频率。
与传统的直接驱动风扇相比，它们具有较低的相对马赫数和冲击强度、与叶片弦相比更小的尖端间距以及更大的刚度。
对于与叶片压力膨胀相关的低刚度风扇，由于它们对几何变化更敏感，因此在低频下观察到强烈的非线性流固耦合。
局部叶片尖端造成的偏差效应
在跨音速条件下，叶尖局部交错角的微小偏差可能会导致相邻叶片之间产生根本不同的激波结构。
因此，它会影响不同转子部分的稳定性，并且这种情况会影响有希望的方法的适用性，例如故意叶片失谐以抑制周向传播模式的发展。
所示的所有风扇叶片均具有重要的3D特征，尤其是前掠角，已知有利于空气动力学性能，但也强调了对扭转或弦弯曲模式的气动弹性敏感性。
在风扇中利用复合材料的各向异性有助于改善动力学和空气动力学，并且复合材料还可以通过修改其特征模式来控制颤振，这可能会导致该方向的进一步技术进步。
需要进行广泛的研究来识别和表征新型低速风扇的相关不稳定机制，特别是其在部分负载和部分速度下的复杂流动结构。
对于最先进的数值方法来说，这是一项艰巨的任务，并且需要使用代表性几何形状的实验基准数据。
研究目标
为了实现这些研究目标，里昂中央理工学院和冯卡门流体动力学研究所合作启动了一项广泛的研究计划。
由复合材料制成的风扇模块ECL5已开发为开放测试用例，将用于欧洲OpenCleanSky项目，以研究复合材料气动弹性和气动声学中的空气动力学。
里昂中央理工大学设计的风力涡轮机级的声学和结构动力学之间的异步耦合机制代表了最先进的复合低速风力涡轮机。
采用级出口恒压节流，即稳态RANS计算的级特性，整体最大效率很好地位于100级速度线，此时整体压力特性接近平坦，适合以上高性能。-速度线100具有出色的设计速度。
当风扇堵塞时（这通常发生在远洋运输车中），对于低质量流量，速度线会滚动并受到数值收敛的。
通过在下游应用节流喷嘴可以进一步扩展数值稳定性极限，但事实证明，在高度控制的条件下仍然没有达到实验稳定性极限。
实验的性能预计与数值结果有很大不同，并且提出了五个操作点，代表不同的流拓扑和。
OP-A为设计点，OP-B为最大压力比，OP-C为100速，OP-D和OP-E为接近最大压力比80的工作点，详细说明100速度。
虽然压力和效率特性以及转子出口的径向轮廓在OP-B和OP-C之间变化很大，但风扇的效率特性平坦，高于88。
低油门工况点OP-C和高油门工况之间的演变表明，风扇在轮毂和中跨之间的影响很小，并且在中跨附近观察到最大压力比。
节流增加了叶片尖端上的负载，并且在设计点OP-A处，效率曲线在20到80跨度之间几乎保持恒定，在所有条件下，观察到的效果发生在85到100跨度之间的尖端泄漏流处。
模态数据分析
仅显示正节点直径的模态数据，因为同向旋转和反向旋转模式的模态数据相同。每个节点直径的模态频率的频率变化小于2，同一系列模态之间的低节点直径除外。
与其他ND相比，模式1ND0频率减少了9，模式2ND1和模式3ND1频率也分别减少了12和14。模式保证准则用于评估节点直径之间的模式形状变化。
将振型与ND8对应项进行比较时，如果振型相同，则MAC值为1；如果振型不匹配，则MAC值为0。
除ND1之外的所有三种模式都叠加在1上。模式2ND1和3ND1由于其较高的磁盘贡献而与其他ND有很大不同。
模态1ND0尽管频率略有不同，振型相似。气动弹性研究必须考虑节点直径之间的这些重要变化，并且预测的准确性受到支撑刚度和陀螺效应的影响。
因此，选择对没有轴的盘进行建模可能会对该节点的直径产生重大影响，应在进一步的研究中解决。
通过比较OP-D和OP-E在2ND4~2ND6模式下的气动弹性稳定性，OP-E下的质量流量比OP-D高38倍。
未显示前缘间隔尺寸减小到25的代码的OP-E声学截止频率，因为与模型精度相比，与OP-D的差异并不显着。
仿真验证了ND4至ND6在两个工作点的上下游声传播条件相同，并且与归一化局部运动分布相比，发现工作点处的节点直径影响不大。
在吸力方面，任务重新分配与OP-D中的ND4类似，但幅度较低。与OP-D效应不同，压力侧的功比吸力侧的功低一个数量级。由侧吸力侧驱动的叶片的稳定性，过渡38。
它导致了稳定的质量流系统，并抑制了节点直径对风扇稳定性的强烈影响。
即使声学条件相似，风扇也能在工作线附近保持稳定。这项研究尚不清楚声学条件是否是不稳定的主要原因。
对流障碍
无论所描述的对流机制是否会导致气动弹性锁定，后一种情况都极不可能发生。
ND5模式可以与波数11的向后移动的空气动力学扰动共振，因此该扰动以绝对参考系中风扇速度的60倍传播。
尽管这在报告的对流扰动范围内，但在使用时间线性化方法之前从未对其进行过研究。
OP-D中检测到的不稳定性并不妨碍速度线的实验开发。这是因为它仅发生在失速极限附近以及预期对流锁定极限循环振荡的情况下。
设计了代表现代UHBR风扇的风扇并作为开放式测试用例展示，风扇叶片由单向碳纤维和环氧树脂复合层组成，可以分析动态行为、结构特性、制造工艺和特性。图层按其方向显示。
具有代表性几何形状且不受行业的测试用例是开放科学文化的关键要素，但目前在涡轮机械界中还缺乏。
最近，为了提供代表UHBR风扇概念的多物理场验证基准，里昂中央理工学院开发了开放测试用例风扇级别ECL5。
设计目标是开发使用碳纤维复合材料可实现的高效率和宽稳定性范围的几何形状，该用例目前正在制造中并将进行实验测试。
风扇叶片由单向碳纤维和环氧树脂的层压板组成，复合层考虑了结构特性和层取向。
为了表征测试用例，详细介绍了整个级的空气动力学设计、风扇的结构动力学以及风扇的气动弹性稳定性。
总结
这是通过最先进的工业设计流程实现的，包括静态和模态模拟、关注性能的空气动力学分析，并演示关键的流动结构，如叶尖泄漏流、径向流迁移和流动分离。
学者们对风扇力学模态中的气动弹性相互作用进行了详细的描述和讨论。
从同步振动、共振风险方面验证了频率分布，并在代表性工作点使用系统方法评估了风扇的气动弹性稳定性。
在远离操作线的地方观察到潜在的不稳定性，并且不影响实验活动。
风扇的第二种模式位于叶片尖端，具有显着的扭转分量，这使得它对于流体-结构相互作用具有潜在的重要意义。
在低节点直径下，同一族的模态存在显着差异，并且这些差异的影响在气动弹性研究中进行了量化。
使用时间线性化方法系统地研究了代表性工作点的风扇稳定性，并且在标称速度下没有预测气动弹性不稳定。
研究了部分速度下的高负载运行条件，并发现了节气门条件下潜在的不稳定性。
这将在未来的工作中进行更详细的研究，结果表明不稳定区域远离作战线，这将是计划的实验活动的重点。
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结尾
高速风扇噪音大吗？风扇噪音大可能是由于轴承运转时间过长且缺乏润滑剂造成的。这时，只需在风扇轴承上滴几滴润滑油即可。如果没有润滑剂，可以使用缝纫机油。不宜用食用油代替，其颗粒较大，易损坏轴承。
如果风扇长时间使用，会发出很大的噪音。这是由于风扇轴承缺乏润滑剂造成的。只需几滴润滑剂即可解决题。如果不起作用，可能就是这个原因。风扇本身有题，需要送修。去家电维修店修一下。风扇噪音大的另一个原因可能是轴承上的螺丝松动。当螺钉拧紧时，振动停止。
为什么高速风扇一直转？1、车辆线路连接不稳定，导致虚线连接。解决方案重新连接电路。
2、汽车水温传感器损坏。解决方案更换车内的水温传感器。
3、汽车冷却风扇电路有故障。解决方案去4S店进行线路维修。
4车内冷却液温度过高。解决方案更换汽车冷却液。
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