中文摘要：

流固耦合算法主要有全耦合、弱耦合及强耦合。全耦合算法由于其高度非线性而仅限于简单问题的求解。弱耦合算法单独计算流场及结构变量，将当前时间步的结构变量作为已知，直接代入求解下一时间步的流场变量，该算法虽简单，但流场及结构变量求解过程中存在时间差，导致算法精度较低。强耦合算法引入预测算子，预测流场及结构变量，但由于流场计算格式复杂并且预测算子的选择困难，往往会使预测结果偏差较大而降低效率。本课题针对强耦合算法效率偏低、预测算子选择困难的问题，提出通过时间序列自回归滑动平均模型及非线性点模型预测结构变量的流固耦合算法，并利用下一时间步的计算结果校正预测值，给出高效、准确的预测算子及校正模型。研究不同时间序列模型在流固耦合算法中的建模方法；研究该算法的计算复杂性与计算稳定性；基于该算法研究气体轴承-转子系统流固耦合振动引起的涡动失稳问题。

结论摘要：

本项目以流固耦合算法为研究对象，研究了基于时间序列预测的流固耦合算法模型，给出了该耦合算法的复杂性和稳定性，并获得了基于时间序列预测的气体轴承转子系统流固耦合振动特性。本项目按照课题申请书的研究计划开展相应的研究工作，完成了研究计划规定的研究内容。 课题取得如下研究成果针对气体轴承-高速转子系统在运行中存在低频涡动现象，揭示其本质为气体轴承润滑介质的气体动力学方程与描述转子弹性体运动的动力学方程之间的流固耦合问题。在气体润滑方程的瞬态流场求解方法和转子系统的瞬态动力学计算方法上，采用变方向隐式方法计算气体轴承间隙的瞬态流场，并将其与弹性转子运动学方程耦合求解；针对耦合求解中，气体润滑瞬态雷诺方程和转子运动方程不能同步求解的问题，提出了基于自回归滑动平均预测模型和非线性点预测模型的流固耦合算法，给出了相应的建模方法。研究了气体轴承转子系统动力学特性的统计学特征，进而给出了基于时间序列的流固耦合算法特性，进而获得了气体轴承-转子系统的非线性动力学特性。通过仿真给出了ARMA预测模型中参数对模型残差和白噪声的影响规律，并获得了非线性点预测模型中参数对初值敏感度和噪声放大因子的影响规律。研究表明，ARMA预测模型和非线性点预测模型中模型参数对流固耦合算法的效率影响较大，当转子振动幅值趋于稳定后，上述两个算法的精度趋于一致。在高速气体轴承-转子系统实验台上，进行转子轴承系统动力学特性实验。通过对比低频振动发生的转速，验证了耦合求解建模及研究方法的正确性，并进一步给出了轴承结构参数对低频振动发生转速的影响规律。