Page 226 - 《振动工程学报》2026年第3期
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826 振 动 工 程 学 报 第 39 卷
值较设计工况下明显减弱。受分流叶片非谐设计的 非谐 A1 叶轮叶片差异依然明显，因此气动阻尼比
影响，流场周期性被破坏，但程度不如设计工况下明 稍有提高。此外，非谐 A4 叶轮各叶片气动力幅值
显。结合图 8 气动阻尼比来看，相对于设计工况，非 均大幅降低，结合图 10 可知，非谐 A4 叶轮气动力做
设计工况下非谐设计对气动阻尼比改善作用有限。 正功的能力被减弱，即气动阻尼比降低。
图 12 非设计工况下叶片表面气动力幅值
Fig. 12 Amplitudes of blade surface aerodynamic force under off-design condition
变得困难，因此叶轮气弹稳定性得到改善。
4 结 论
参考文献:
采用三维非定常流固耦合数值分析并结合能量
法，研究了分流叶片周向角非谐设计对叶轮气弹稳 ［1］ WANG Y R， FU Z Z， JIANG X H， et al. Mistuning
定性的影响规律，对比分析了不同正弦偏置幅值叶 effects on aero-elastic stability of axial compressor rotor
轮的气动性能、气动阻尼特性，通过叶片气动功密度 blades［J］. Journal of Engineering for Gas Turbines and
Power， 2015， 137（10）： 102504.
分布和叶片表面气动力频谱特性，揭示了非谐设计
［2］ HEMBERGER D， FILSINGER D， BAUER H J. In⁃
对叶轮颤振特性的影响机理。主要结论有：
fluence of aerodynamic mistuning and aerodynamic cou⁃
（1） 非谐设计叶轮的稳态气动性能与初始均匀
pling on vibration behavior of mistuned small radial tur⁃
叶轮气动性能基本保持一致。
bine wheels［C］// Proceedings of Volume 8： Microtur⁃
（2） 分流叶片非谐设计对离心压气机气动阻尼 bines， Turbochargers and Small Turbomachines； Steam
比有显著影响，分流叶片周向角正弦非谐偏置量与气 Turbines. Charlotte， USA： American Society of Me⁃
动阻尼比没有明显的线性关系。在设计工况下，非 chanical Engineers， 2017： V008T26A001.
谐叶轮均可以提高离心压气机叶轮的气动阻尼比。 ［3］ LI L， YU X P， WANG P Y. Research on aerodynamic
其中，非谐叶轮 A1 即分流叶片周向角正弦偏置幅值 damping of bladed disk with random mistuning［C］//
为 8°时，叶轮气动阻尼比相对初始叶轮提高 24.4%。 Proceedings of Volume 7B： Structures and Dynamics.
（3） 分流叶片非谐设计显著增大叶片前缘附近 Charlotte， USA： American Society of Mechanical En⁃
gineers， 2017： V07BT36A010.
正的气动功密度分布范围，从而提高叶轮气动阻尼，
［4］ MALZACHER L， SCHWARZE C， MOTTA V， et
改善叶轮气弹稳定性。
al. Experimental investigation of an aerodynamically
（4） 分流叶片采用非谐设计导致叶片表面力的
mistuned oscillating compressor cascade［J］. Journal of
频谱特性发生改变。合理的非谐设计使得叶轮主叶 Turbomachinery， 2019， 141（7）： 071012.
片之间、分流叶片之间气动力存在差异。即打破了 ［5］ 王 延 忠 ， 齐 荣 华 . 带 分 流 叶 片 叶 轮 的 气 动 阻 尼 仿 真
原有叶轮流场的周期性，使得能量传递在叶片之间 ［J］. 计算机仿真， 2019， 36（6）： 77-82.
