前失速先兆的非定常流动特征及调控方法优化

前失速先兆是指失速先兆之前出现的某种有规律的非定常现象，通常出现在压气机靠近失速点但其整体平均流场仍然属于定常状态的工作点上，通过抑制这一现象可以更可靠地实现推迟失速的效果。近年来以检测壁面压力锯齿波周期性的破坏作为出现失速先兆前的判别依据，虽然展现出较好的应用前景，但需要从流动机制上澄清其如何产生的原因。本项目为了深入了解前失速先兆的产生机制，拟定了流场非定常信息获取-澄清产生机制-提炼非随机性特征-发展检测与控制的技术路线。研究内容包括：前失速先兆的非定常特征及其所对应的内部流动；前失速先兆、失速先兆及失速的关联；前失速先兆检测的原理及方法，控制前失速先兆的DSP实现。本项目的创新点在于揭示更为早期的前失速先兆物理本质及其与失速的关系，并提出前失速先兆非定常特征的检测方法，从而使压气机稳定性的在线控制实用化。

主动控制技术的实现离不开对失速先兆信号的检测，国际上主要还是依赖两类失速先兆的捕捉与分析来进行调控，但由于两类失速先兆的具有时间短，随机性和突发性的特点，实际的控制系统很难实现。为此，本项目创新地提出“前失速先兆”的概念，澄清了前失速先兆与叶顶间隙泄漏流非定常性之间的关联性，在此基础上提出了基于互相关分析的检测方法，分析了互相关分析检测方法的有效性，并通过叶顶喷气控制手段对互相关分析检测前失速先兆的可行性进行了验证。充分结合对叶顶喷气扩稳机理以及前失速先兆检测机理认识的基础上，自行设计DSP控制器，结合比例电磁阀和互相关分析检测方法，充分实现从微喷量到大喷量的连续过渡，从而使新的控制系统能够实现同一机构根据工况需要通过两种不同扩稳机理进行扩稳，将扩稳效果提高数倍。而且不仅在扩稳裕度提升上要远好于基于开关阀的叶顶主动喷气，和传统的定常喷气相比，基于比例电磁阀和DSP控制器的叶顶主动喷气在保证扩稳裕度相当的前提下能够节省大量喷气量，具有良好的经济性和实用性。