压气机内部旋转不稳定流动现象的物理机制及抑制方法研究

Rotating Instability (referred to as RI) of the compressor tip clearance flow, different from the rotating stall and surge, is a more special unsteady flow dynamic phenomenon. It appears in the compressor stable operating condition. It is considered to be one of the main factors of the blade vibration and noise. Indicate the generation mechanism of the RI phenomenon, understand the relationship between the RI and compressor stall inception, and develop the inhibition method of the RI phenomenon, for reduce blade vibration and aerodynamic noise, improve the fatigue life of blade and the engine structure reliability, has the extremely important scientific significance and application value. Three dimensional unsteady CFD numerical calculation combined with rotor tip region dynamic pressure field measurement and SPIV transient velocity field measurement will be used in this project. Through indepth study rotor tip region complex flow field characteristics and the dynamic change process, indicate RI generated physical mechanism, explore the relationship between RI and compressor stall inception. Then combined with tip injection technology, develop the effective method to restrain the RI phenomenon.finally,to achieve the purpose of understand and effectively restrain the RI phenomenon.

风扇/压气机转子叶片尖部区域出现的旋转不稳定流动现象（Rotating Instability，简称RI），不同于旋转失速和喘振，是在压气机稳定工作范围内出现的一种较为特殊的非定常流动现象，它被认为是引起叶片振动和噪声的主要因素之一。揭示RI现象的产生机理，探明其与压气机失速起始过程的相关性，发展抑制RI产生的方法，对于减小叶片振动，降低叶片气动噪声，提高叶片的疲劳寿命和发动机的结构可靠性，有着极其重要的科学意义和工程应用价值。本项目拟采用三维非定常数值计算与压气机叶尖区域动态压力场测量和SPIV瞬态速度场测量相结合的方法，深入研究转子叶尖区域复杂流动结构的特点及其动态变化过程，揭示RI产生的物理机制及其与压气机失速起始过程的内在联系，并结合微射流流场控制技术的新进展，发展抑制RI产生的有效方法，达到深入认识并能有效抑制RI现象的目的。

本项目采用三维非定常数值模拟和实验测量的方法，分别针对高、低速压气机转子，研究了转子叶尖区域复杂非定常流动现象的产生和发展过程。通过本项目的研究，发现旋转不稳定流动现象（Rotating Instaility，简称RI）的产生和发展受叶尖区域各复杂流场结构的综合影响。叶尖间隙的大小、叶尖区域的激波位置及强度对RI现象的产生起到了关键性的作用，叶尖泄漏涡的摆动频率和多通道流场结构的模态数直接影响了RI的周向传播特性。随着进一步节流，引起RI现象产生的各复杂流场结构也在不断地发展演化，叶尖泄漏涡破碎堵塞了叶尖区域，形成了叶尖二次涡、前缘分离涡等流场结构，导致了尖脉冲型失速先兆的产生，最终发展成失速团。在转子叶尖前缘进行适量的微量喷气，可以达到抑制失速前出现的沿周向传播的多通道流场结构（RI），同时也可以起到抑制失速前小扰动，增强压气机稳定性的作用。