畸变来流对高负荷跨声压气机稳定性影响的机理探索

大迎角飞行能力和高推重比是战机实现超高机动飞行的关键。因此研究进气畸变对高负荷跨声速压气机叶尖激波的影响就成为叶轮机气动力学的重要研究内容。但由于压气机流动的复杂性和高度非定常性,多年来人们对其流动稳定问题的本质依然没有掌握，尤其是对于跨声速压气机畸变来流。到目前为止，畸变来流对跨声速压气机影响的研究，依然以定常流场的宏观分析和实验观察为主，其结论也主要为定性，这也是压气机气动设计体系中无法将失速裕度纳入的重要原因。本项申请研究正是针对以上的不足展开。通过分析压气机扩稳研究中的疑点，提出了利用非均匀流动自身蕴藏的能量改善压气机性能的研究方向。在"非定常耦合流型理论"基础上，通过建立数学模型研究压气机激波对畸变来流的响应问题。此研究将有助于畸变来流条件下高负荷跨声速压气机扩稳机理研究，为目前压气机定常、轴对称气动设计体系的改进提供依据。

本工作目的是研究畸变来流对跨声速压气机气动性能的影响，采用非定常数值模拟及实验测试相结合的方法探讨畸变来流降低跨声速压气机转子稳定性的流动机理。为实现上述研究目的，本工作主要包括：1）围绕飞机进气道出口畸变的特性，进行了进气道出口畸变与压气机进口畸变模拟之间的关联研究，证明了本工作中利用适当堵塞比的插板可以较好地模拟出实际进气道造成总压畸变，满足研究需要；2）针对跨声速压气机叶尖区域的叶栅流动展开了分析，研究了畸变来流对跨声速叶栅性能的影响；3）基于畸变来流对跨声速叶栅性能研究的结果，通过数值模拟和实验测试方法，重点分析了跨声速转子叶片在进入和退出畸变区的过程中，叶栅通道内流场的演化，以及畸变来流对跨声速压气机转子失稳过程的影响。研究表明：在周向总压畸从压气机进口开始变向下游传播的过程中，非畸变区的气流沿圆周方向从两侧同时向畸变区流动，因此跨声速压气机转子叶片进入畸变区的过程中面临着大的正预旋来流、以及很小的轴向速度，因此相对来流速度大幅减小，造成加功能力的大幅下降；叶片退出畸变区的过程中，来流相对于叶栅将从正预旋逐渐向反预旋转变，因而气流的速度不断增大，激波强度不断增强，局部加功量也随之增大，最终由于激波/边界层干涉而造成的损失也显著增加。同时，由于过渡区域内流场扰动强烈，跨声速转子失速也首先起始于此区域。