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Alleviation of spike stall in axial compressors utilizing grooved casing treatment 被引量:4
1
作者 Reza Taghavi-Zenouz Sarallah Abbasi 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第3期649-658,共10页
Abstract This article deals with application of grooved type casing treatment for suppression of spike stall in an isolated axial compressor rotor blade row. The continuous grooved casing treatment covering the whole ... Abstract This article deals with application of grooved type casing treatment for suppression of spike stall in an isolated axial compressor rotor blade row. The continuous grooved casing treatment covering the whole compressor circumference is of 1.8 mm in depth and located between 90% and 108% chord of the blade tip as measured from leading edge. The method of investigation is based on time-accurate three-dimensional full annulus numerical simulations for cases with and without casing treatment. Discretization of the Navier Stokes equations has been carried out based on an upwind second-order scheme and k-a-SST (Shear Stress Transport) turbulence modeling has been used for estimation of eddy viscosity. Time-dependent flow structure results for the smooth casing reveal that there are two criteria for spike stall inception known as leading edge spillage and trailing edge backftow, which occur at specific mass flow rates in near-stall conditions. In this case, two dominant stall cells of different sizes could be observed. The larger one is caused by the spike stall covering roughly two blade passages in the circumferential direction and about 25% span in the radial direction. Spike stall disturbances are accompanied by lower frequencies and higher amplitudes of the pressure signals. Casing treatment causes flow blockages to reduce due to allevi- ation of backflow regions, which in turn reduces the total pressure loss and increases the axial veloc- ity in the blade tip gap region, as well as tip leakage flow fluctuation at higher frequencies and lower amplitudes. Eventually, it can be concluded that the casing treatment of the stepped tip gap type could increase the stall margin of the compressor. This fact is basically due to retarding the movement of the interface region between incoming and tip leakage flows towards the rotor leading edge Diane and suttressing the reversed flow around the blade trailing edee. 展开更多
关键词 Axial compressor Casing treatment Frequency spectrum spike stall inception Tip leakage flow
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Numerical Investigation into the Transient Behavior of the Spike-Type Rotating Stall for a Transonic Compressor Rotor
2
作者 Pengfei Ju Fangfei Ning +1 位作者 Zhiting Tong Jingying Wang 《Fluid Dynamics & Materials Processing》 EI 2022年第3期761-773,共13页
In this paper,a numerical investigation into a spike-type rotating stall process is carried out considering a transonic compressor rotor(the NASA Rotor 37).Through solution of the Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Sto... In this paper,a numerical investigation into a spike-type rotating stall process is carried out considering a transonic compressor rotor(the NASA Rotor 37).Through solution of the Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANS)equations,the evolution process from an initially circumferentially-symmetric near-stall flow field to a stable stall condition is simulated without adding any artificial disturbance.At the near-stall operating point,periodic fluctuations are present in the overall flow of the rotor.Moreover,the blockage region in the channel periodically shifts from middle span to the tip.This fluctuating condition does not directly lead to stall,while the full-annulus calculation eventually evolves to stall.Interestingly,a kind of“early disturbance”feature appears in the dynamic signals,which propagates forward ahead of the rotor. 展开更多
关键词 Transonic compressor spike stall numerical simulation early disturbance dynamic signal
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亚声速轴流压气机失速监测方法试验 被引量:9
3
作者 高曼 楚武利 +2 位作者 吴艳辉 张皓光 李清鹏 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期398-404,共7页
为了研究轴流压气机失速先兆信号监测的有效算法,对亚声速轴流压气机试验台的孤立转子在不同转速下,从稳定工况到失速工况叶顶不同轴向位置进行了动态压力信号测量试验,采用自相关分析和方差分析算法对试验数据进行了对比分析。结果表明... 为了研究轴流压气机失速先兆信号监测的有效算法,对亚声速轴流压气机试验台的孤立转子在不同转速下,从稳定工况到失速工况叶顶不同轴向位置进行了动态压力信号测量试验,采用自相关分析和方差分析算法对试验数据进行了对比分析。结果表明,该压气机为突尖型失速,在叶顶前缘附近能明显感受到失速先兆信号,自相关分析监测到失速先兆信号的时间明显早于方差分析,可更有效的达到失速预警的作用。 展开更多
关键词 轴流压气机 突尖型失速 自相关分析 方差分析 失速预警
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跨声压气机近失速流动特征的数值模拟研究 被引量:9
4
作者 鞠鹏飞 宁方飞 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1055-1064,共10页
为了研究跨声轴流压气机突尖型失速先兆的表现形式与演化规律,探索较为可行的先兆探测方法,对NASA Rotor 37转子近失速工况下的流场进行了三维全环非定常的数值模拟。数值模拟结果表明,在失速团产生之前的约2转时间内,存在一个失速扰动... 为了研究跨声轴流压气机突尖型失速先兆的表现形式与演化规律,探索较为可行的先兆探测方法,对NASA Rotor 37转子近失速工况下的流场进行了三维全环非定常的数值模拟。数值模拟结果表明,在失速团产生之前的约2转时间内,存在一个失速扰动相对缓慢增长的阶段。更早时刻发生的流量持续下降是导致失速团最终形成前缘溢流出现的原因。使用不同的方法对前缘附近机匣处的静压数值探针信号进行处理,探索了各种方法的优缺点,并且发展了一种互相关分析方法,能够取得较好的扰动识别效果。 展开更多
关键词 轴流压气机 突尖型失速 数值模拟 失速先兆 相关性系数
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亚音轴流压气机近失速时叶尖流动的数值研究
5
作者 高曼 楚武利 《航空计算技术》 2011年第3期39-41,共3页
以西北工业大学亚音轴流压气机实验台的孤立转子为研究对象,对其进行了单通道定常、非定常的全三维数值模拟,研究了轴流压气机近失速工况下转子叶尖流动特性。通过对比分析转子在最高效率工况和近失速工况下的定常模拟结果,发现在近失... 以西北工业大学亚音轴流压气机实验台的孤立转子为研究对象,对其进行了单通道定常、非定常的全三维数值模拟,研究了轴流压气机近失速工况下转子叶尖流动特性。通过对比分析转子在最高效率工况和近失速工况下的定常模拟结果,发现在近失速工况下转子叶顶流线变得更加切向,来流攻角不断增大,最终导致失速的发生。非定常模拟指出,在失速先兆区转子叶顶出现了前缘溢流和尾缘回流的现象,这满足突尖型失速先兆出现的两个准则,所以压气机为突尖型失速。 展开更多
关键词 轴流压气机 近失速工况 数值模拟 流线 突尖型失速
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轴流风扇“尖峰型”失速起始特征及其物理机制的实验及数值研究 被引量:7
6
作者 强冠杰 乔渭阳 +2 位作者 Hashmi S F 王良锋 时培杰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期539-550,共12页
为了探索风扇失速起始特征及诱因,采用动态流场测量试验与三维粘性流场数值模拟技术,对单级轴流风扇NPU-fan的"尖峰型"旋转失速流场和基本特征进行了研究。实验研究结果表明,轴流风扇NPU-fan在设计转速和非设计转速下均出现... 为了探索风扇失速起始特征及诱因,采用动态流场测量试验与三维粘性流场数值模拟技术,对单级轴流风扇NPU-fan的"尖峰型"旋转失速流场和基本特征进行了研究。实验研究结果表明,轴流风扇NPU-fan在设计转速和非设计转速下均出现了典型的"尖峰型"全叶展失速的旋转失速现象,动态探针测量捕捉到了"尖峰型"失速先兆波及其特征,并且测量得到扰动波的初始转速均约为70%转速;三维流场计算表明,静子叶根角区失速会严重影响风扇的效率,但并未触发压气机的失稳。NPUfan风扇的失速情形符合Vo等提出的尖峰波失速先兆出现准则,是典型的叶尖区流动诱发的风扇/压气机失稳。 展开更多
关键词 尖峰型失速 失速起始 风扇稳定性 数值模拟 实验测量
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基于探针管路动态修正的压气机动态总压测试 被引量:2
7
作者 陈峰 宗有海 +2 位作者 刘东健 马护生 杜炜 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期82-88,共7页
为方便安全地获取压气机内部多点动态总压信号,采用气动探针将测点压力引出,并通过动态修正还原测点处的压力信号。利用爆破气球装置产生的向下阶跃输入信号和探针响应输出信号,辨识得到探针管路的离散传递函数模型,以此来修正测量信号... 为方便安全地获取压气机内部多点动态总压信号,采用气动探针将测点压力引出,并通过动态修正还原测点处的压力信号。利用爆破气球装置产生的向下阶跃输入信号和探针响应输出信号,辨识得到探针管路的离散传递函数模型,以此来修正测量信号,获得测点真实压力。所用标定方法能够实现1000Hz以内信号的动态修正,探针信号经过修正后能够消除相位延迟,且管路谐振效应对信号的放大作用显著减小。压气机动态总压测试结果表明:随着进气流量的减小,转子进口叶片通过频率信号幅值逐渐增大,静子出口宽频扰动增强,在近失速点宽频扰动最大;压气机突尖型旋转失速先兆首先出现在转子叶片前缘叶顶附近,而后向叶根方向迅速扩展,并形成全叶高范围的旋转失速团,完全发展的失速团传播速度约为30%转子转速。 展开更多
关键词 压气机 气动探针 传递函数 动态修正 旋转失速 突尖
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轴流压气机转子叶尖泄漏流行为的数值研究
8
作者 邹恺恺 刘永葆 +1 位作者 余又红 贺星 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期72-77,共6页
为了加深对某高速小尺寸轴流压气机转子的叶尖泄漏流行为的理解,采用定常数值计算的方法对其内部流场进行了全三维的数值模拟。计算结果表明:峰值效率工况下,叶尖泄漏涡集中且稳定,而近失速工况下,叶尖泄漏涡在通道中发生破碎,破碎后泄... 为了加深对某高速小尺寸轴流压气机转子的叶尖泄漏流行为的理解,采用定常数值计算的方法对其内部流场进行了全三维的数值模拟。计算结果表明:峰值效率工况下,叶尖泄漏涡集中且稳定,而近失速工况下,叶尖泄漏涡在通道中发生破碎,破碎后泄漏流的速度剧减,形成巨大的低能团,严重堵塞顶部通道。低能流体团压缩叶尖泄漏流的流动空间,迫使叶尖泄漏流溢出叶片前缘平面,导致转子突尖型失速先兆发生。进一步详细分析叶尖泄漏流的结构发现,叶尖泄漏流与来流的交界面随流量减小而向上游移动,并受叶尖泄漏涡破碎、前部弦长范围叶尖间隙两侧压差增加及逆压梯度增强的共同影响。 展开更多
关键词 轴流压气机 叶尖泄漏流 交界面 突尖型失速先兆
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压缩机突尖失速的研究综述 被引量:1
9
作者 陈化 《风机技术》 2018年第3期75-83,共9页
Spike-stall is a fast stall mode of both axial and centrifugal compressors. It can very quickly lead to surge and interrupt the normal operation of compressors. Despite decades' efforts, we still do not have a cle... Spike-stall is a fast stall mode of both axial and centrifugal compressors. It can very quickly lead to surge and interrupt the normal operation of compressors. Despite decades' efforts, we still do not have a clear picture of how it starts and develops, let alone predicting it. This paper reviews the research works on this instability of compressors, describes the progress made, discusses the shortcomings of current research, and proposes some new concepts that may lead to breakthroughs. It is pointed out that current methods of predicting spike-stall are mostly based on classic stability concept which is incapable of handling the transient growth and diminution of disturbances in short length scales that typify spike-stall. Modern transient instability concept is proposed that establishes the link between the maximum amplification of the system to initial perturbations and time. The non-normality of compressor system is also emphasised. 展开更多
关键词 Compressors spike-stall TRANSIENT GROWTH NON-NORMALITY
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总温畸变下跨声压气机失速过程非定常模拟 被引量:4
10
作者 赵红亮 张文强 +3 位作者 邱佳慧 张敏 杜娟 聂超群 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期123-135,共13页
为研究进气总温畸变条件下跨声压气机失速机理,对德国Darmstadt跨声单级压气机开展进口周向范围180°、高温区500 K总温畸变条件下全环非定常数值模拟研究。结果表明进气总温畸变条件下压气机流量显著减小,总压比大幅下降。压气机... 为研究进气总温畸变条件下跨声压气机失速机理,对德国Darmstadt跨声单级压气机开展进口周向范围180°、高温区500 K总温畸变条件下全环非定常数值模拟研究。结果表明进气总温畸变条件下压气机流量显著减小,总压比大幅下降。压气机转子出口面不同周向位置的总压径向分布不同。对于顺转子叶片旋转方向,在高温区总压逐渐减小,低总温区域的转子出口总压高于高总温区域。随压气机逐渐接近失速点,总压径向分布不均匀性增大。当流量进一步减小后,总温畸变下诱发旋转失速的先兆波为突尖型,最先出现失速先兆的周向位置是转子叶片离开低温区、转入高温畸变区时。失速先兆的周向传播速度约为88.9%转子转速,失速初期失速团的周向传播速度约为66.0%转子转速。整个失速过程伴随转子出口流量的大幅度波动,由失速团沿周向的运动和合并引起。 展开更多
关键词 总温畸变 跨声压气机 非定常流动 旋转失速 突尖型
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跨声速压气机转子叶尖非定常流场数值研究 被引量:11
11
作者 付磊 宋西镇 +2 位作者 袁巍 周盛 陆利蓬 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2821-2828,共8页
采用时间精确求解方法对某高负荷跨声速轴流压气机转子在98%设计转速下的叶尖非定常流场进行了数值研究.结果显示,激波自身振荡不明显,叶尖区域流动的非定常性主要来源于叶尖泄漏涡的破碎及其与激波之间的相互干涉.对比设计状态与失速... 采用时间精确求解方法对某高负荷跨声速轴流压气机转子在98%设计转速下的叶尖非定常流场进行了数值研究.结果显示,激波自身振荡不明显,叶尖区域流动的非定常性主要来源于叶尖泄漏涡的破碎及其与激波之间的相互干涉.对比设计状态与失速状态下叶尖泄漏涡的特点发现:在近失速点时,叶尖区域间歇性出现前缘溢流.分析表明:叶尖泄漏涡在激波后破碎是造成堵塞的主要原因,也是造成spike型失速初始扰动的原因. 展开更多
关键词 跨声速压气机 非定常流场 叶尖泄漏涡 叶尖堵塞 spike型失速
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低速单转子轴流压气机突尖型失速特征 被引量:6
12
作者 耿少娟 林峰 +1 位作者 张宏武 黄伟光 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期929-932,共4页
针对低速单转子轴流压气机,采用节流阀函数进行了突尖型失速过程的数值模拟研究,以叶顶泄漏流周期性非定常波动及其周向传播特性为切入点,以失速过程中典型时刻为例,分析了失速过程中压气机内部流动的发展和演变特征。伴随压气机节... 针对低速单转子轴流压气机,采用节流阀函数进行了突尖型失速过程的数值模拟研究,以叶顶泄漏流周期性非定常波动及其周向传播特性为切入点,以失速过程中典型时刻为例,分析了失速过程中压气机内部流动的发展和演变特征。伴随压气机节流进入突尖型失速的过程,叶顶泄漏流周期性非定常波动频率和周向传播速度减小;当叶顶泄漏流轨迹与叶顶前缘额线平齐时,出现突尖型失速先兆,其流动特征表现为起始于叶片吸力面并延伸至机匣的双旋涡结构;当叶片同时出现尾缘回流和前缘溢出时,标志压气机进入完全发展的突尖型失速状态。 展开更多
关键词 轴流压气机 叶顶泄漏流 突尖型失速 数值模拟
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跨声速压气机突尖波型失速特征的数值研究 被引量:5
13
作者 孙鹏 傅文广 钟兢军 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期76-81,共6页
为了研究跨声速轴流压气机突尖波型失速先兆的表现形式及传播机制,对跨声速转子开展三维全周非定常数值研究。在转子周向不同位置处布置多个压力探针,获取了转子失速过程中压力信号的变化情况,对压力信号分别进行了时域、频域分析。结... 为了研究跨声速轴流压气机突尖波型失速先兆的表现形式及传播机制,对跨声速转子开展三维全周非定常数值研究。在转子周向不同位置处布置多个压力探针,获取了转子失速过程中压力信号的变化情况,对压力信号分别进行了时域、频域分析。结果表明,转子叶尖产生了典型的"前缘溢流"和"尾缘回流"的突尖波型失速先兆,近失速工况转子产生了两个失速团,并以65%转速沿周向传播,尾缘回流与叶尖泄漏涡相互作用产生一个龙卷风式的旋涡并向前缘移动在相邻叶片前缘溢出形成一个低压区。 展开更多
关键词 跨声速压气机 突尖波型失速 失速团 数值模拟
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基于模态波理论的压气机失速先兆识别方法 被引量:4
14
作者 刘俊杰 苏三买 +1 位作者 孙占恒 翟向博 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2283-2290,共8页
针对压气机气动失速预警存在无法兼顾对渐进型和突尖型失速先兆有效识别的不足,以及提取失速团幅值需要多路传感器信号的局限。分析了压气机失速发展过程中的信号特征;根据压气机失速信号的旋转特性,提出基于单路传感器信号重构周向多... 针对压气机气动失速预警存在无法兼顾对渐进型和突尖型失速先兆有效识别的不足,以及提取失速团幅值需要多路传感器信号的局限。分析了压气机失速发展过程中的信号特征;根据压气机失速信号的旋转特性,提出基于单路传感器信号重构周向多路失速先兆信号的方法,讨论了信号重构步长的取值;基于模态波理论,通过对重构信号进行空间傅里叶变换,得到失速扰动信号各阶模态幅值,根据低阶模态的幅值变化实现对渐进型与突尖型失速先兆的识别。以某压气机为例进行仿真,结果表明:当信号重构的步长小于突尖波时间尺度的一半时,重构的多路信号能够复现压气机周向位置失速发展过程,且步长越小,越有利于失速先兆的识别;由模态分解得到的1阶模态幅值的变化能够有效反映失速发展过程;通过合理设置模态幅值的阀值,可以在失速发展前期对失速先兆进行准确识别,从而,基于单路传感器失速信号即可实现对渐进型失速和突尖型失速均能进行预警。 展开更多
关键词 失速先兆识别 模态波理论 多路信号重构 渐进型失速 突尖型失速
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叶尖喷气影响失速起始型式的数值研究
15
作者 吴艳辉 稂仿玉 +1 位作者 王晓 吴俊峰 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1722-1726,共5页
以某叶尖失速型的轴流压气机转子为研究对象,开展了无叶尖喷气以及喷气量为1%边界流量情况的全通道非定常数值模拟。数值探针监测结果表明:不喷气时出现了与实验测量结果一致的突尖型失速,而喷气情况下出现的是模态型失速。对比叶尖喷... 以某叶尖失速型的轴流压气机转子为研究对象,开展了无叶尖喷气以及喷气量为1%边界流量情况的全通道非定常数值模拟。数值探针监测结果表明:不喷气时出现了与实验测量结果一致的突尖型失速,而喷气情况下出现的是模态型失速。对比叶尖喷气下不同工况点的瞬态流场发现:在喷气流影响的径向范围内,喷嘴右侧通道中间隙泄漏流和吸力面尾缘分离耦合作用形成的流动阻塞,随着流量的减小逆转子转动方向沿周向扩展;而喷气流影响的径向范围外,喷嘴左侧通道中吸力面尾缘分离形成的流动阻塞顺转子转动方向沿周向扩展。这种流动阻塞格局的发展演化是喷气情况下出现模态扰动的原因。 展开更多
关键词 叶尖喷气 非定常数值模拟 突尖型失速 模态型失速
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压气机失速先兆及转子多工况流场的DMD分析 被引量:2
16
作者 李康迪 杜云祥 徐自力 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2413-2420,共8页
对NASA Rotor 37跨声速轴流压气机级在多工况下的非定常流场进行了流固耦合数值模拟,采用动力学模态分解(DMD)方法得到了流体压力和速度的模态信息并绘制了模态云图,数值判定了压气机各工况的稳定性,获得了流动特征结构,通过模态云图发... 对NASA Rotor 37跨声速轴流压气机级在多工况下的非定常流场进行了流固耦合数值模拟,采用动力学模态分解(DMD)方法得到了流体压力和速度的模态信息并绘制了模态云图,数值判定了压气机各工况的稳定性,获得了流动特征结构,通过模态云图发现了近失速点突尖型失速的初期表现。结果表明:在计算的多种工况中,近失速点和堵塞点均存在不稳定的模态阶次;DMD方法识别的各阶频率与压力信号频谱分析结果的最大误差为0.63%;随着背压上升,相邻两叶片通道内高压低速流体团位置逐渐向叶片前缘移动,范围逐渐扩展;在近失速点,尾缘回流与主流的掺混在叶片吸力面中部产生了半椭球形的旋涡并造成流道堵塞,是突尖型失速的初期表现。 展开更多
关键词 跨声速轴流压气机 非定常流场 动力学模态分解 模态特征分析 突尖型失速
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跨声速压气机转子旋转失速现象的非定常模拟
17
作者 付磊 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S1期48-55,共8页
为研究跨声速压气机转子失速机理,全周非定常数值模拟了某跨声速压气机单转子的失稳过程。结果表明:该转子由叶尖Spike扰动诱发旋转失速。在小流量稳定工作状态,压气机转子叶尖区域存在"旋转不稳定"(Rotating Instability,RI... 为研究跨声速压气机转子失速机理,全周非定常数值模拟了某跨声速压气机单转子的失稳过程。结果表明:该转子由叶尖Spike扰动诱发旋转失速。在小流量稳定工作状态,压气机转子叶尖区域存在"旋转不稳定"(Rotating Instability,RI)流动现象。压气机节流过程中,转子进出口的流量降低,叶尖区流场非定常波动幅值增大。近失速状态时,RI扰动团的典型流场结构"径向涡"在叶尖区域形成堵塞,导致相邻叶片前缘间歇性地出现溢流现象。随着压气机进一步节流,转子叶尖的负荷达到极值,叶片通道尾缘逆压力梯度过大,出现倒流。尾缘倒流的出现又进一步增加通道内的堵塞,最终形成Spike扰动。失速先兆对应的流场结构是沿叶片前缘额线向相邻叶片压力面周向运动的"径向涡"结构。 展开更多
关键词 跨声速压气机 非定常流动 旋转失速 突尖波扰动 旋转不稳定
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