運行過程中，航空發動機會因大俯仰角飛行、高機動飛行、眼鏡蛇動作、吸入蒸汽等遭受到進氣畸變，從而誘發壓氣機失穩。壓氣機失穩會增加渦輪的負荷和熱應力，誘發軸流壓氣機葉片的強迫振動，甚至可能對發動機造成不可逆損害，影響飛行安全。目前，均勻來流條件下壓氣機失穩預報方法較多，如相關分析、均方根分析、快速小波分析及非線性特徵提取方法，但這些方法的適用範圍和可靠性分析未有開展詳細研究。
近日，中國科學院工程熱物理研究所先進燃氣輪機實驗室在航空壓氣機失穩預報方面取得研究進展。首先，在一台低速三級軸流壓氣機實驗台上開展實驗研究，系統分析比較轉速波動、周向和軸向位置，以及進氣畸變對自相關分析、互相關分析、均方根分析和快速小波分析失穩預報可靠性的影響。研究表明，轉速波動會影響自相關分析和均方根分析的可靠性；周向間隙大的位置失穩預報方法更有效；傳感器安裝在軸向轉子前緣位置（即葉頂間隙泄漏流非定常波動最劇烈位置）時失穩預報方法更可靠；周向畸變條件下互相關分析更為敏感，受畸變周向位置的影響小。隨後，在三級軸流壓氣機上對不同級的穩定工作狀態進行預測，在均勻來流下精準預測第一級會率先失穩，進而實現多級壓氣機最先失速級預報，同時在實施葉頂噴氣擴穩措施以及進氣徑向畸變的情況下成功預測壓氣機的穩定狀態。基於研究結果，成功研製出壓氣機流動失穩監控儀，並開展了應用驗證。
相關成果發表在Aerospace Science and Technology、ASME Journal of Engineering for Gas Turbine and Power上。研究得到國家科技重大專項、國家自然科學基金、中科院科研儀器設備研製等支持。
壓氣機流動失穩監控儀運行界面
來源：中國科學院工程熱物理研究所
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