基于熵的航空发动机压气机失速与喘振的研究

发布时间：2017-08-21 06:11

  本文关键词：基于熵的航空发动机压气机失速与喘振的研究

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【摘要】：轴流式压气机是航空发动机的关键部件之一,它的稳定工作对航空发动机的安全运行起着重要作用。然而,在飞机飞行中,运行环境的变化以及发动机自身结构的各种影响会造成压气机内部气流的不稳定流动,导致其进入失速与喘振的非稳定工作状态,发动机部件会因此而损坏甚至造成整个发动机的失效,对飞机的飞行安全构成严重威胁。所以,在失速和喘振发生的前期就完成对其故障的诊断并发出报警信号,继而触发防喘机构动作,这对避免发动机部件损坏并有效保障飞行安全有着重要意义。本文分析了失速与喘振的发生机理并对熵的内涵和理论作了一定的认识。分析发现熵的内涵与压气机失速与喘振发生过程是非常吻合的。本文根据熵的一些相关理论,对压气机的失速与喘振进行了研究,重点对压气机由稳定工作状态到失速与喘振的非稳定工作状态的转变过程进行研究。本文采用成熟的NASA Rotor37模型,运用ANSYS中涡轮叶片建模软件Blade Gen建立其三维模型,利用ANSYS TurboGrid对模型进行网格划分,再运用CFX仿真软件,通过设置不同的条件来模拟压气机从稳定工作状态到失速与喘振的非稳定工作状态的转变过程;基于热力学熵的理论,选取平均比熵值和等熵效率这两个热力熵参数作为对象,提取仿真过程中各个状态下的相关参数来计算这两个热力学熵参数的值,观察它们的变化情况;基于信息熵的相关理论,选取近似熵、模糊熵和样本熵这三种泛化了的信息熵作为研究对象,根据各自的计算过程以及提取的相关参数并借助MATLAB编程计算各个状态下的熵值,观察每种熵值在发动机不同工作状态下的变化情况。通过分析,发现平均比熵值和等熵效率这两个热力学熵参数的变化情况在失速发生时出现异常;由机匣处静压序列信号计算所得的三种信息熵值的变化情况能很好地反映压气机的工作状态,但通过比较,样本熵更具有实用价值。由分析所得结果可完成对压气机失速与喘振的故障诊断。
【关键词】：压气机 Rotor37 失速 喘振 热力学熵 信息熵 故障诊断
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V263.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.3 本论文的主要工作15-16
• 第二章 压气机失速与喘振16-28
• 2.1 引言16-17
• 2.2 轴流式压气机相关理论17-22
• 2.2.1 基元级与速度三角形17-20
• 2.2.2 气流与叶栅相对几何关系及相关参数20-22
• 2.3 失速与喘振机理分析22-25
• 2.3.1 旋转失速22-24
• 2.3.2 喘振24-25
• 2.4 失速与喘振诱因分析及防喘措施25-27
• 2.4.1 诱因分析25-26
• 2.4.2 防喘措施26-27
• 2.5 小结27-28
• 第三章 熵理论分析28-33
• 3.1 引言28
• 3.2 熵理论的发展及意义28-32
• 3.2.1 热力学熵28-30
• 3.2.2 统计熵30
• 3.2.3 信息熵30-32
• 3.3 熵理论的应用途径32
• 3.4 小结32-33
• 第四章 压气机流场数值模拟33-43
• 4.1 引言33-34
• 4.2 NASA Rotor37简介及设计参数34-35
• 4.3 模型的建立及网格划分35-38
• 4.4 流场模拟仿真38-42
• 4.4.1 CFX软件简介38
• 4.4.2 流场分析38-42
• 4.5 小结42-43
• 第五章 基于热力学熵的研究43-52
• 5.1 引言43
• 5.2 热力学熵相关参数的选择43-45
• 5.3 仿真结果及分析45-50
• 5.4 小结50-52
• 第六章 基于信息熵的研究52-64
• 6.1 引言52
• 6.2 参数选择及仿真设置52-54
• 6.3 仿真结果及分析54-62
• 6.3.1 基于模糊熵54-58
• 6.3.2 基于近似熵58-61
• 6.3.3 基于样本熵61-62
• 6.4 小结62-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 总结64
• 7.2 展望64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69

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本文编号：711253