● 摘要
随着航空叶轮机械在气动热力方面向高性能方向发展，叶片发生气动弹性失稳颤振的可能性相对增大。因而改进当前使用的气动弹性稳定性数值预测方法具有重要的理论和工程意义。
本文发展了一种流固耦合数值方法用于预测叶轮机械叶片的气动弹性稳定性。使用有限元方法计算叶片结构的频率和振型，将叶片的结构动力学模型导入求解器后，进行非定常分析得到不同时刻的气动载荷和对应的振动位移，进而得到一个周期内的非定常气动功，并基于能量法，推导出用于预测气动弹性稳定性的模态气动阻尼比。发展的数值预测方法应用于 NASA67 转子叶片，对结果和时域法的结果以及文献中的结果进行对比，验证了数值预测方法的有效性。
传统能量法在计算非零叶片间相位角时需要采用多通道域或全环域，计算成本较高，可以采用相位延迟周期边界条件来减小计算成本。通用软件CFX提供了基于该方法的双通道傅里叶模型方法，本文将该方法应用于一级半压气机转子进行了数值分析。
对大小叶片的气弹稳定性进行了研究，分别采用能量法和时域法对轴流压气机大小叶片转子进行了气动弹性稳定性分析，获得了叶片的模态气动阻尼比和叶片表面的非定常气动功分布，对叶片的振动位移响应进行了频域分析，并与常规设计转子作了对比。结果表明大小叶片存在的结构和气动失谐对气弹稳定性有明显的影响。气动失谐改善了叶片表面的非定常气动功分布，结构失谐改变了叶间相位角的影响，大小叶片相对于常规设计转子，不仅改善了气动性能，同时还提高了气弹稳定性。