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作者与发表信息
本文由i.j. day撰写，作者来自英国剑桥大学Whittle实验室。文章发表于2016年1月的《Journal of Turbomachinery》期刊，DOI为10.1115⁄1.4031473。
主题与背景
本文的主题是回顾过去75年来关于旋转失速（rotating stall）及其相关扰动的研究进展。旋转失速和喘振（surge）是航空发动机压缩机中最严重的流动不稳定现象，会导致发动机性能下降甚至损坏。尽管过去几十年在这一领域取得了显著进展，但仍无法准确预测新压缩机的失速行为或设计出更具抗失速能力的机器。本文从半历史的角度，探讨了失速、喘振、主动控制（active control）、旋转不稳定（rotating instabilities）等研究领域，并分析了支撑这些领域的关键思想。
主要观点与论据
1. 旋转失速与喘振的定义与影响
旋转失速是压缩机中流动在切向方向上的扰动，而喘振则是轴向方向上的流动振荡。这两种现象均会导致压缩机性能显著下降，尤其在航空发动机中，失速或喘振的发生会带来高昂的维修成本和收入损失。文章指出，尽管过去75年的研究已经建立了失速传播的模型、研究了失速单元结构、理解了失速/非失速滞回现象（hysteresis），但仍缺乏设计更稳定压缩机的严格规则。
研究进展与挑战
文章总结了在失速和喘振研究领域的主要成就，包括建立了压缩机稳定性的分析模型、解释了失速与喘振的区别、预测并测量了失速前的模态活动（modal activity），以及使用现代计算流体力学（CFD）揭示了失速起始过程中前缘分离和涡脱落（shed vorticity）的作用。然而，作者强调，这些成就主要集中在描述性知识上，无法为设计更稳定的压缩机提供定量规则。
未来研究方向
未来的研究将依赖于CFD的进一步发展，包括更好的性能预测、流动建模和实验结果的解释。此外，实验研究应聚焦于实际压缩机中的真实问题，例如级匹配（stage matching）、大叶尖间隙（large tip clearances）、偏心（eccentricity）和使用寿命退化（service life degradation）。文章还指出，当前的研究热点主要集中在可压缩效应（compressible effects）上，因此需要更多的高速测试。
失速与喘振的物理机制
文章详细介绍了旋转失速的特征，例如失速单元（stall cell）的旋转方向与转子相同但速度较慢，失速起始可能由长尺度扰动（模态）或短尺度扰动（尖峰，spikes）引发。此外，文章还探讨了失速与喘振之间的关系，指出喘振通常由旋转失速引发，尤其是在压缩机连接到储气容积（如燃烧室）的情况下。
主动控制与失速起始
主动控制是一种通过抑制失速前的扰动来扩展压缩机稳定范围的技术。文章回顾了主动控制的研究进展，包括使用快速响应的进口导叶（inlet guide vanes）和空气射流（air jets）来实现失速控制。然而，尽管主动控制在实验室中取得了一定成功，但在实际发动机中的应用仍面临挑战，尤其是在发动机老化后控制系统的可靠性问题。
高速与低速压缩机的差异
文章指出，大多数早期研究集中在低速压缩机上，而现代航空发动机需要更多关于高速压缩机的研究。高速压缩机中的失速和喘振行为与低速压缩机存在显著差异，尤其是在可压缩效应和级匹配方面。文章呼吁加大对高速多级压缩机的研究投入，以解决现代发动机设计中的实际问题。
旋转不稳定与叶尖间隙效应
旋转不稳定（rotating instabilities）是一种在失速前发生的扰动，通常与叶尖间隙较大时的流动不稳定性有关。文章总结了关于旋转不稳定的研究进展，指出这种扰动在叶尖区域的流动分离中起重要作用，但其具体机制仍存在争议。
壳体处理与流动再循环
壳体处理（casing treatment）是一种通过流动再循环（flow recirculation）来扩展压缩机稳定范围的技术。文章回顾了壳体处理的研究历史，指出尽管壳体处理可以提高失速裕度（stall margin），但通常会导致效率下降。未来的研究需要探索更高效的壳体处理设计。
意义与价值
本文的价值在于全面总结了旋转失速和喘振研究领域的历史进展和当前挑战，为未来的研究提供了明确的方向。文章不仅回顾了过去的成就，还指出了当前研究的局限性，特别是在实际发动机设计中的应用。此外，文章还强调了CFD和高速测试在未来研究中的重要性，为学术界和工业界提供了宝贵的参考。
本文通过对旋转失速和喘振研究的系统性回顾，为读者提供了对这一领域的深刻理解，并为未来的研究指明了方向。