旋转畸变对压气机稳定性影响实验研究

本文在一台低速单级轴流压气机上开展了旋转畸变对其气动稳定性影响的实验研究。通过进口安装可调节转速的扇形畸变片模拟旋转畸变进气条件,并在转子叶顶周向和弦向布置压力传感器测量壁面非定常压力信号,通过失速过程和端区瞬态流场分析等研究了旋转畸变对压气机稳定性影响机制。结果表明:不同旋转畸变对压气机稳定性存在不同影响,畸变片与压气机反向旋转时,对其稳定性影响不大。当畸变片以0.5倍转子转速与压气机同向旋转时,压气机稳定裕度衰减最大,该现象仅与畸变片转速有关,与畸变片大小和个数无关;此时存在失速团产生-传播-消失-再产生的过程,经历几次该过程后最终进入旋转失速状态,本文通过畸变片与失速团之间的相对位置,结合端区流场的分析解释了该失速现象发生的原因。失速团在畸变片下游出现,此时端区流场恶化,叶顶泄漏涡溢出转子前缘。随后失速团以48%转子转速周向传播,由于畸变片旋转速度略高于失速团,两者相对位置发生变化,当失速团位于畸变片上游时失速团消失,此时端区流场流动恢复正常。

叶顶微喷气提高旋转畸变条件下低速轴流压气机失稳裕度的机理分析

对旋转畸变条件下轴流压气机的失稳特性进行了实验研究,结果表明,畸变影响区内叶顶泄漏流的前缘溢出造成了旋转失速的提前发生,缩减了压气机的失稳裕度.叶顶微喷气方法有效地提高了旋转畸变条件下轴流压气机的失稳裕度,其原因在于,实施叶顶微喷气后,临近失速时,压气机顶部畸变区诱发的分离团受到抑制,减少了其诱发旋转失速的可能性,从而实现扩稳目的.

旋转进气畸变对轴流压气机气动稳定性影响实验研究

利用RB-1995级高压压气机,实验研究了进口旋转总压畸变对其性能和气动稳定性的影响,获得了总压畸变的旋转频率对高压压气机喘振裕度损失的影响结果。结果表明:正转时,减少了压气机的喘振裕度,并且存在2个危险频率,出现损失峰值;反转时,对喘振裕度影响较小,甚至提高了压气机的喘振裕度。

旋转进口畸变条件下轴流压气机叶顶间隙流非定常特征及其与旋转失速的关联性研究

本文采用数值模拟和实验测量相结合的方法,以叶顶间隙流的非定常流场特征为切入点,系统地研究了畸变情况下轴流压气机旋转失速的触发机理.研究结果表明:畸变影响区内叶片负载明显高于非畸变影响区;畸变影响区内逆压梯度的增大使得叶顶泄漏涡轨迹前移,当节流到一定程度时,叶顶泄漏流溢出,形成类尖脉冲扰动,类尖脉冲扰动的间歇性发展,最终诱发旋转失速。

旋转进口畸变与轴流压气机旋转失速相关联的模型与实验探索

本文自行设计了轴流压气机旋转进口畸变发生装置。基于M-G模型,建立了轴流压气机旋转畸变模型．采用数值模拟和实验测量相结合的方法研究了轴流压气机在发生旋转进口畸变情况下的失速过程．试图通过分析畸变扰动与旋转失速之间关联性来探索压气机失稳的触发机理．研究结果表明：在旋转畸变条件下,压气机旋转失速总是始发于畸变扰动位置．

旋转畸变条件下新型机匣处理扩稳效果试验

开展了一种新型机匣处理扩大轴流风扇/压气机稳定裕度的试验研究。在低速风扇试验台上模拟旋转进气畸变,分析此种畸变进气条件对压气机工作性能造成的影响,并且考察一种新型机匣处理的扩稳效果。旋转进气畸变下,压升-流量特性曲线失速边界向右下偏移,压气机失速裕度明显降低。新型机匣处理在旋转进气畸变条件下对风扇/压气机有显著的扩稳效果,较小畸变转速（200,500r/min）情况下,新型机匣处理能提高压气机稳定裕度10%~20%,同时并没有带来明显的效率损失;畸变转速为800r/min情况下,机匣处理的扩稳效果相比并不明显,但可以提高压气机工作效率1%~2%。较大畸变转速情况下,畸变方向不同,机匣处理扩稳效果有所差别：正向畸变时机匣处理提高压气机失速裕度3%~10%,提高效率1%左右;而反向畸变时,失速裕度均提高10%以上,甚至达到20%,但压气机效率损失在1%左右。

旋转畸变对模态波发展过程影响试验

为探究"危险频率"的物理机制,设计了旋转畸变发生器,对旋转畸变条件下两级低速轴流压气机的失速起始过程进行了试验研究.结果表明:该旋转畸变发生器在不同转速下均能输出类方波状的总压分布.旋转畸变导致压气机总静压升特性下降和稳定裕度损失,并且存在使压气机稳定裕度损失最大的畸变旋转频率.失速起始过程中模态波产生于畸变区,传播到非畸变区时会受到抑制.当畸变旋转频率等于模态波的传播频率时,模态波发展为旋转失速所需的时间最短,压气机稳定裕度损失最大.对失速起始信号的时频分析显示"危险频率"在数值上等于模态波的传播频率.

旋转进气畸变对压气机气动稳定性及失速起始特性的影响

开展了旋转进气畸变对压气机气动稳定性影响的试验研究,试验结果表明旋转畸变网对压气机的气动稳定性和总静压升特性均有很大的影响.当畸变网与压气机相反旋转时,压气机的压升能力变化较小,稳定边界点流量系数变化不大;当两者转向相同时,进气畸变旋转频率对稳定边界点的压升系数和流量系数的影响均较大,尤其是在40%~60%转子转速范围内压气机的稳定性和压升能力急剧下降.通过对特征频率幅值变化的分析,认为畸变网转速在40%~60%转子转速范围内时,首先产生由畸变网后低压区诱导的旋转失速;随着压气机工作流量的继续降低,压气机进入其自然旋转失速状态.失速起始过程的试验结果表明,旋转进气畸变对于该压气机的失速起始特性未产生影响,表现为模态波失速起始的特征.

旋转总压畸变对压气机稳定性影响数值模拟

本文利用发展的预测轴流压缩系统动态失速特性及进气非均匀性影响的理论模型，系统计算分析了进气总压畸变旋转频率对下游压气机稳定性的影响。计算结果表明进气总压畸变的幅值和旋转频率对压缩系统的动态失速特性和稳定性都有强烈的影响，旋转频率对旋转失速边界和喘振边界的影响类似。但是，系统的"危险"响应频率强烈地依赖于其旋转失速的传播频率。该模型理论上是先进的，而且计算结果与现有实验数据的比较表明该模型是可靠的。

基于ACFM技术表面裂纹检测方法及系统的开发

设计开发了一种实时高精度ACFM裂纹检测方法和系统。通过扫描承压设备焊缝或母材励磁后产生的感应电磁场,在裂纹等缺陷处获取旋转磁场畸变信号,实时对旋转磁场畸变信号进行识别采集处理和提取相应信息,将旋转磁场畸变信号数字化,从而实现对承压设备的表面裂纹的实时检测。该方法能够有效弥补旋转磁场畸变信号因为扩散效果带来的误差,并对旋转磁场畸变信号进行放大滤波处理,补偿信号强度,提高裂纹检测灵敏度。该方法具有非接触检测,对裂纹的检测能定量并定位,检测要求低,无需对检测表面进行特别处理等优点,提供了一种创新型无损检测手段。

旋转进气畸变下的两级压气机扩稳实验研究

针对旋转进气畸变诱发的流动稳定性问题,在两级压气机上开展了基于失速先兆抑制型(Stall-Precursor-Suppressed,SPS)机匣处理的气动扩稳实验研究。在两级低速压气机实验台上数模拟旋转畸变进气条件,研究不同的畸变程度下旋转畸变对两级压气机稳定性的影响,并考察在第一级转子前缘上方安装SPS机匣处理后的扩稳效果。在畸变转速小于600r/min时,压气机稳定边界向右移动,效率下降明显。畸变转速大于800r/min时,旋转畸变对两级压气机作用效果趋于改善,相对而言,反向畸变比正向畸变具有更好的延缓失速效果。SPS机匣处理在不同畸变程度下均具有扩稳作用,失速裕度改善可以达到2%~7.9%,并且带来的效率损失均小于1%。

旋转总压畸变对压气机稳定性影响的二维不可压缩模型

以Moore-Greitzer模型为基础,发展了一个预测轴流压缩系统动态失速特性及进气非均匀性影响的二维不可压缩理论模型,并利用该模型计算分析了进气总压畸变的幅值和旋转频率对下游压气机稳定性的影响.计算结果表明:进气总压畸变的幅值和旋转频率对压缩系统的动态失速特性和稳定性都有强烈的影响,旋转频率对旋转失速边界和喘振边界的影响类似.但是,对应系统稳定裕度损失最大值的"危险"响应频率强烈地依赖于其旋转失速的传播频率.

旋转总压畸变对压气机稳定性影响的三维非定常模型

基于三维非定常激盘模型,发展了一个可用于预测压气机动态失速特性及旋转总压畸变对压气机气动稳定性影响的三维非定常计算模型,并利用该模型计算分析了旋转总压畸变的幅值和旋转频率变化对一台双级低速轴流压气机性能和气动稳定性的影响.计算结果表明,旋转总压畸变的幅值和旋转频率对压气机的性能、动态失速过程特性和失速边界有强烈的影响;对应系统稳定裕度损失最大值的"危险"响应频率和旋转失速的传播频率比较接近;旋转总压畸变不会影响压气机失速始发的位置,始终是叶尖区域首先进入旋转失速.计算结果与现有试验数据的对比表明该模型比较可靠.

基于惯性传感器辅助的激光雷达室内建图研究

即时定位与地图构建(SLAM)目前已经广泛应用于自动驾驶及机器人自主导航等多个领域。激光雷达SLAM系统具有较高鲁棒性和精确性,使其在工业界获得了更多的认可。由于激光雷达传感器在运动时采集到的点云数据可能发生畸变现象,尤其是在机器人旋转运动过程中,获取到真实环境墙壁的点云数据时往往会出现较大差别,因此在基于激光雷达的SLAM算法中,如何解决激光雷达运动畸变带来的建图精度误差亟待解决。针对该问题提出了一种激光雷达旋转畸变矫正算法,通过计算激光点的曲率提取出符合条件的特征点,在惯性传感器的辅助下利用球面插值算法重置特征点数据,并且根据新的特征点处理下一帧激光雷达数据,从而矫正激光雷达带来的数据旋转畸变。实验结果表明,该算法在机器人旋转运动和环境比较复杂的情况下有较好的鲁棒性及建图精确度。

旋转因子无畸变的声矢量阵矩阵预滤波设计

为了提高基于声矢量阵的旋转不变参数估计(ESPRIT)算法的远场目标方位估计能力,提出了一种旋转因子无畸变的矩阵预滤波设计方法.通过将用于方位估计的旋转因子从声矢量阵的阵列流形中分离出来,仅对余下的阵列流形进行预滤波设计,达到抑制阻带扇面干扰和噪声,并让通带扇面的信号尽量无失真输出的目的.仿真结果表明:本算法对通带外的噪声和干扰具有良好的抑制效果,并且能够在滤波器通带流形失真的情况下,保证子阵间的旋转因子不发生畸变,且估计的结果无偏、有效.

压气机二维可压缩气动稳定性分析模型

基于压缩系统气动稳定性理论模型对压气机内部流动可压缩性以及叶排之间相互影响的需要,以Moore-Greitzer模型为基础,发展了一个用于分析多级轴流压气机动态失速特性的多"激盘"二维可压缩模型.该模型采用二维非定常的可压缩Euler方程描述压气机上、下游管道以及各叶排之间轴向间隙内的流动,而采用"激盘"分别取代压气机的各个叶片排.利用该模型,系统地计算和分析了多级轴流压气机中二维小尺度旋转失速的起始特性和动-静叶之间的相互影响,以及总压畸变旋转频率对下游压气机稳定性的影响.计算结果与实验数据的比较表明该模型及其计算结果是可靠的.