Введение к работе
Актуальность проблемы. В гидродинамике решеток задача об их взаимодействии является наиболее трудной. В современных турбомашинах взаимодействуют целые каскады взаимно движущихся решеток (статоров и роторов). Определение гидродинамических реакций на лопатках, возникающих при таком взаимодействии, является составной частью проблемы аэроупругости лопаток, которая стала определяющей в турбостроении в связи с ужесточением требований по габаритам, весу и мощности турбомашин (турбин, компрессоров, вентиляторов, насосов).
Интенсивные научные исследования по аэроупругости турбомашин и нестационарной гидродинамике решеток начались в 50-х годах и приобрели к настоящему времени значительный размах, привлекая все большее внимание специалистов. Следует отметить, что успех исследований в аэроупругости лопаток в значительной мере определяется развитием гидродинамики решеток, вследствие большей сложности соответствующих гидродинамических задач по сравнению с задачами теории колебаний и прочности лопаточных венцов.
Цель данной работы состоит в разработке качественной теории гидродинамического взаимодействия решеток, создании эффективных алгоритмов и программ расчета возбуждающих сил, а также в изучении свойств этих сил в зависимости от основных параметров решеток и потока.
Новые научные результаты получены в диссертационной работе в процессе решения задач гидродинамического взаимодействия решеток профилей в потоке несжимаемой жидкости. К этим результатам относятся:
-
Решение задачи о гидродинамическом взаимодействии двух взаимно движущихся решеток профилей в потоке идеальной несжимаемой жидкости, учитывающее как потенциальное, так и вихревое возмущение потока, вызванное сходом закромочных вихревых следов;
-
Аналитическое решение задачи о гидродинамическом взаимодействии решетки кругов и решетки пластин;
-
Доказательство эквивалентности задачи обтекания взаимно враща-
ющихся круговых решеток, задаче обтекания взаимно движущихся прямых решеток;
-
Построение модели гидродинамического взаимодействия решеток при больших осевых зазорах, учитывающей эволюцию вихревых следов;
-
Нахождение общего вида'неравномерности, набегающей на слабона-гружешгую решетку, допускаемой уравнениями движения жидкости;
-
Построение общего решения линейной задачи обтекания двух решеток вибрирующих профилей для случая отрицательного осевого зазора между ними;
-
Создание комплекса программ расчета возбуждающих сил на профилях решеток. Установление рамок применимости каждой из рассматриваемых моделей гидродинамического взаимодействия решеток;
8 Исследование свойств возбуждающих сил и выявление особенностей их поведения в зависимости от основных параметров решеток и потока.
Достоверность результатов обеспечена тем, что предположения, в рамках которых решаются задачи, согласуются с известными теоретическими и экспериментальными результатами. Выводы о применимости рассмотренных моделей основаны на сравнении результатов расчета с данными экспериментов. Особенности в поведении возбуждающих сил, выявленные при расчете, либо подтверждены экспериментально, либо имеют четкое физическое объяснение.
Практическое использование полученных в диссертации результатов обусловлено тем, что построенные на ней алгоритмы доведены до программ, позволяющих проводить систематические расчеты и исследовать свойства нестационарных гидродинамических реакций. По теме диссертации автором выполнено двенадцать хоздоговорных работ, программы расчета возбуждающих сил внедрены и используются в практике аэроупругих расчетов в ПО ЛМЗ и в ЦИАМ им. П.И. Баранова (имеются акты о внедрении).
Таким образом, в реферируемой диссертации разработана эффективная теория гидродинамического взаимодействия решеток турбомашин, которая по мнению автора представляет собой новое перспективное направление в гидродинамике решеток в нестационарном потоке.
Апробация. Основные результаты, включенные в диссертацию, докладывались на V, VII, VIII-XIV Всесоюзных совещаниях по проблеме аэроупругости лопаток турбомашин, на II, VII, VIII Международных симпозиумах по нестационарной аэродинамике и аэроупругости, на II и III конгрессах по проблемам шума и вибраций, на Всесоюзном семинаре " Аэроупругость и нестационарные процессы в турбомашинах", на семинарах отделения 100 ЦЙАМ, кафедры двигателей ВВИА им. Н.Е. Жуковского, отдела прикладной гидродинамики ИГ СО РАН им. М.А. Лаврентьева. По теме диссертации выпущено 12 научно-технических отчетов и опубликовано 28 печатных работ, из которых основные указаны в списке литературы [1-19].
Объем и структура работы. Диссертация включает 259 страниц машинописного текста, в том числе 80 рисунков и библиографию из 114 наименований. Содержание работы оформлено в виде предисловия, 5 глав и заключения, где последовательно изложены: обзор теоретических работ по гидродинамическому взаимодействию решеток (1); построение модели обтекания решеток в рамках которой будут решаться задачи ( 2); решение задачи о гидродинамическом взаимодействии двух взаимно движущихся решеток профилей, учитывающей как потенциальное, так и вихревое возмущения потока (Глава II, 3-9); решение задачи обтекания решетки неравномерным потоком, вызванным закромочными вихревыми следами с учетом их эволюции (Глава III, 10-14); решение линейной задачи обтекания двух вибрирующих решеток (Глава IV, 15-18); исследование свойств и особенностей возбуждающих сил на профилях в зависимости от основных параметров решеток и потока (Глава V, 19-26); основные выводы работы (Заключение).