主动控制是增大风扇/压气机可用稳定裕度的一种重要方法,其研究的重点是动态失速过程,包括失速先兆的类型、失速先兆和失速团形成的位置以及失速先兆发展成失速团的过程。虽然国内外研究人员对动态失速过程已经进行了大量的研究,对这一问题也有了一定程度的认识,但是关于失速先兆和失速团形成的原因、失速先兆如何发展成失速团以及进气畸变对动态失速过程影响的本质并没有明确的结论。为了深入了解风扇/压气机动态失速过程的特性,探索进气畸变影响动态失速过程的本质原因,并为三维非定常动态失速过程计算模型提供可靠的校核数据,本文以一台双级低速轴流压气机试验器为对象,采用在周向、径向和轴向多个不同位置同时放置高频响微型动态压力传感器的方法研究了动态失速过程。首先,研究了均匀进气条件下的动态失速过程,对失速先兆的特性,失速团形成的原因以及动态失速过程中失速先兆和失速团各自的变化情况进行了详细的分析;然后,在压气机进口施加尖部进气总压畸变、根部进气总压畸变、周向进气总压畸变和旋转进气总压畸变,详细研究和分析了进气畸变对动态失速过程的影响。试验结果表明:(1)压气机的模态波式动态失速过程具有三维非定常的特征,模态波扰动和失速团均是首先在压气机的局部位置形成,在周向传播的同时,通过径向和轴向扩散,最终占据整台压气机;(2)径向进气总压畸变改变了气动参数的径向分布,会改变模态波扰动和失速团始发的位置,对动态失速过程的三维非定常性有较大的影响;(3)周向进气总压畸变改变了气动参数的周向分布,在动态失速过程的早期阶段,出现了失速团周期性形成和消失的过渡态旋转失速现象;(4)旋转进气总压畸变对动态失速过程的影响和畸变区的相对转速以及转向有关,需要从非定常的角度出发,才能揭示旋转进气总压畸变影响动态失速过程的本质;(5)压气机失速的原因与内部的非定常流有关,本文试验研究的压气机失速与吸力面附面层分离有关。数值计算是研究动态失速过程时一种不可或缺的工具和方法。由于尖脉冲扰动和失速团周向旋转,且空间结构具有三维性,在分析风扇/压气机的动态失速过程时,数值计算方法必须具备三维非定常的描述能力。本文基于三维非定常可压缩欧拉方程和三维激盘模型,发展了一种可用于分析风扇/压气机三维非定常动态失速过程的计算模型,编制了相应的计算程序,对风扇/压气机的动态失速过程进行了数值计算分析,验证了计算模型的可靠性和能力。对低速轴流压气机的动态失速过程进行了数值计算分析,并和试验结果进行了详细的比较,结果表明,该计算程序能够如实地反映压气机的三维非定常动态失速过程,均匀进气时模态波扰动和失速团的始发位置及各自的旋转速度,周向进气总压畸变、旋转进气总压畸变对动态失速过程的影响等计算结果均与试验结果相符,说明计算程序可以用于预测风扇/压气机的三维非定常动态失速过程。利用该计算程序还研究了高压压气机和跨声速风扇的动态失速过程,结果表明,该计算程序不仅能够模拟模态波式动态失速过程,也能够模拟尖脉冲式动态失速过程,既能够计算旋转失速也能够计算喘振。对高压压气机两种轴对称总静压升特性时的动态失速过程进行了计算分析,结果表明,轴对称总静压升特性沿径向分布规律的变化不会影响失速先兆的类型,但是会影响失速团最先出现的位置。风扇/压气机内部包含着多种不同尺度的非定常流,气动不稳定流态(旋转失速和喘振)是压气机内部特殊的非定常流。无论在均匀进气条件下还是在周向进气畸变条件下,风扇/压气机气动失稳均是一个涉及多种尺度非定常流的气动稳定性问题,应该从多尺度非定常气动稳定性的角度出发,分析失稳前内部非定常流的变化情况,才能够在风扇/压气机气动稳定性研究中,如实地揭示气动失稳的机理,合理地预测稳定边界,有效地提高可用稳定裕度,尽可能地降低需用稳定裕度。为了初步探索风扇/压气机中的多尺度非定常气动稳定性,本文以一台双级低速轴流压气机为研究对象,对大尺度非定常外部扰动下的风扇/压气机多尺度非定常气动稳定性进行了试验研究。结果表明,风扇/压气机多尺度非定常气动稳定性是存在的,大尺度非定常扰动会影响内部的非定常流,如叶片吸力面附面层分离,从而影响风扇/压气机的气动稳定性,外部大尺度非定常扰动的表现形式会受到风扇/压气机非定常的影响,扰动的特性(如幅值)会随扰动与转子之间相对转速的变化而发生变化,导致扰动对风扇/压气机气动稳定性的影响与其转速有关。