当实际物体做非定常运动时,由于场行攻角和气动外形的几何特性的影响,引起物面上气流分离、旋涡脱落等现象。这些现象具有非线性的特点,而在跨音速流动範围内,其非线性特徵更为强烈。在这种情况下,既使物体做等幅周期振动,非定常气动力的幅值也呈现複杂的变化,出现滞回现象。

非定常分离流在本质上是粘性流动和非粘性流动互相干扰的一类複杂的流动现象。众所周知,在边界层这一薄层内的流体因粘性的阻滞作用而丧失了部分动能,当流体的动能不足以抵抗主流区的逆压强梯度时,就会在壁面附近形成反向流动。

在以往的研究中,人们关注较多的是稳定流场中横喷干扰现象。但从风洞试验中可以发现,在稳定流场中横向喷流的启动和关闭,均会导致测量信号较大幅度的振荡。可见,发动机启动和关车阶段的流场呈现出强烈的非定常特徵。喷流干扰流场的建立,是通过流场参数传递和匹配而趋于平衡的动态过程。

现代先进航空发动机的负荷越来越高,导致风扇/压气机内部叶片表面的流动分离不可避免.然而,大尺度非定常分离流必然导致发动机效率下降,甚至出现旋转失速和喘振,从而制约发动机负荷的进一步提高.在不断提高风扇/压气机系统负荷的情况下,利用非定常分离流动的相关特性,选择合适的措施,控制流动的分离,使叶轮机在较高的负荷下还能保持较高的效率和较宽广的稳定工作範围,是叶轮机中非定常气动力学研究的一个重要方向.

非定常分离流

近年来,外流界利用非定常激励对机翼过失速流动控制进行了大量的试验和CFD研究,取得了明显的正效果,使得升力增加、阻力减小.机翼是单物体绕流,必须外加非定常激励;而压气机是多物体绕流系统,上游叶排的尾迹和主流区以一定的通过频率交替扫过将对下游相邻叶排产生影响,此影响从本质上说是上游叶排对下游相邻叶排的一种“非定常激励”,可直接用来对下游相邻叶排的非定常分离流进行控制,我们将此称之为“尾流撞击效应”.