静叶摆动辅助轴流压气机退出旋转失速过程的数值模拟

李劭怡，王英锋，孙鑫宇

(南京航空航天大学 能源与动力学院，江苏 南京 210016)

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叶轮机械非定常流动研究主要针对两类不同的流动现象而展开，一类为固有非定常问题，另一类为条件非定常问题。其中，条件非定常问题又被称为流动失稳现象，如压气机旋转失速、喘振等，是由部件或者整个发动机系统的局部扰动诱发的不稳定流动。流动失稳限制了叶轮机械的稳定工作范围、影响运行可靠性、影响其设计与调试中各级匹配的实现，流动失稳现象的发生也会导致灾难性的事故。

目前使发动机退出气动失稳状态的方法主要还是利用消喘复原系统，通过减少或切断燃油流量、关小压气机导向器、打开放气活门和增加喷管面积等，但其过程中发动机性能下降明显，完全恢复性能所需时间较长。本文主要参考压气机气动失稳的主动抑制方法，利用静叶摆动的方式人为产生非定常激励信号，使得压气机花费更小的代价，更快地退出气动失稳状态。

目前旋转失速模拟主要有两类方法：一类是压缩系统模型，以体积力或者激盘模型等模拟叶片对气流的作用[1-2]；另一类是流场计算，直接求解N-S方程或者Euler方程[3-4]。另外，分离涡方法也获得了一些数值模拟结果[5-6]。

本文采取的是流场计算方法，使用fluent CFD计算软件，对某一级半轴流压气机的动态失速过程、退出失速过程以及静叶摆动耦合压气机退出失速过程进行了三维数值模拟，清晰地再现了压气机进入和退出旋转失速状态以及静叶摆动耦合压气机退出旋转失速整个过程的流动状态，为流动失稳的控制提供了机理性的支持。……