程榮輝，余華蔚，汪松柏，杜林，孫大坤，孫曉峰

1．中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽 110015

2．中國航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院，成都 610500

3．北京航空航天大學(xué) 流體與聲學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室，北京 102206

葉輪機(jī)械中，葉片的非同步振動(dòng)（Non-Synchronous Vibration， NSV）是指葉片振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻不成整數(shù)倍關(guān)系，非機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)或尾跡周期性激勵(lì)誘發(fā)。廣義上，對(duì)于壓氣機(jī)葉片非同步振動(dòng)，根據(jù)其氣動(dòng)激勵(lì)的誘因不同，還可分為葉尖氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定（Rotating Instability，RI）激勵(lì)振動(dòng)、失速顫振（Stall Flutter）、聲共振［1］等。失速顫振起始階段，往往伴隨葉片振幅的迅速增長，既有可能隨著阻尼的增加進(jìn)入一定振幅的極限環(huán)振動(dòng)狀態(tài)，也有可能由于應(yīng)力過大在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)葉片裂紋。然而壓氣機(jī)總壓升對(duì)該現(xiàn)象相對(duì)不敏感，甚至很難反映出變化，這也是該現(xiàn)象難以監(jiān)測(cè)的原因之一。而葉尖氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定激勵(lì)共振的特點(diǎn)是葉片不會(huì)短時(shí)間內(nèi)失效，壓氣機(jī)出口總壓也不會(huì)出現(xiàn)類似失速邊界的急劇下降，壓氣機(jī)能維持穩(wěn)定的工作。與顫振現(xiàn)象不同，旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象一般會(huì)先出現(xiàn)葉尖附近的非定常壓力脈動(dòng)，即在振動(dòng)出現(xiàn)以前觀察到分離脫落渦，脫落渦在轉(zhuǎn)子葉片上產(chǎn)生非定常氣動(dòng)激勵(lì)，失速團(tuán)的模態(tài)數(shù)和周向傳播速度是決定激勵(lì)頻率的關(guān)鍵參數(shù)，只有當(dāng)失速團(tuán)的激勵(lì)頻率與葉片固有頻率相匹配時(shí)才易激發(fā)出葉片的振動(dòng)。

葉尖旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定及其誘發(fā)葉片振動(dòng)的現(xiàn)象，主要發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)非設(shè)計(jì)工況。當(dāng)不穩(wěn)定流體的氣流激勵(lì)頻率接近轉(zhuǎn)子葉片固有頻率，會(huì)導(dǎo)致葉片大幅度振動(dòng)，極大幾率造成葉片高周疲勞失效，甚至在短時(shí)間內(nèi)葉片破壞斷裂。國外主要發(fā)動(dòng)機(jī)公司（羅·羅、GE、普惠等）在新型發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中，均出現(xiàn)了壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)問題［2-6］，中國在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程也出現(xiàn)類似問題［7-10］，這也是未來高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制必將面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。

壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)是一種機(jī)理復(fù)雜、產(chǎn)生機(jī)制尚不完全清楚的氣動(dòng)彈性現(xiàn)象。目前，國內(nèi)外針對(duì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)的耦合機(jī)制尚無統(tǒng)一的結(jié)論。 Baumgartner［2］、Im［11-12］、Vo［13］、Kameier［14-15］、Mailach［16-17］等認(rèn)為旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定是誘發(fā)轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)的主要原因，旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性通常發(fā)生在具有大徑向間隙的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子高負(fù)載工況下，與葉尖不穩(wěn)定渦的周向運(yùn)動(dòng)有關(guān)。葉尖不穩(wěn)定渦的產(chǎn)生除了與轉(zhuǎn)子徑向間隙大小直接相關(guān)外，還和轉(zhuǎn)子實(shí)際工作的級(jí)負(fù)荷有重要關(guān)系，而這方面的研究結(jié)果相對(duì)較少。帝國理工大學(xué)的Lu 等［18-19］認(rèn)為風(fēng)扇轉(zhuǎn)子喉道的激波位置振蕩對(duì)轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)影響很大，通過降低轉(zhuǎn)子葉尖氣動(dòng)負(fù)荷，控制喉道的激波位置振蕩區(qū)域，可以抑制轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)的產(chǎn)生。

到目前為止，在非設(shè)計(jì)工況下，受限于湍流模型和仿真模型幾何偏差等因素，CFD 在葉尖不穩(wěn)定渦的發(fā)展演化機(jī)制方面的數(shù)值仿真不確定性較高，且要反映整個(gè)物理過程需要開展全環(huán)非定常數(shù)值模擬，計(jì)算量巨大，尤其是考慮葉片振動(dòng)以后的流固耦合模擬會(huì)進(jìn)一步增加數(shù)值模擬的困難，難以在研究中廣泛應(yīng)用。因此，基于試驗(yàn)研究非同步振動(dòng)的機(jī)理和影響因素，仍然是最有效的技術(shù)途徑。

本文利用曾出現(xiàn)過非同步振動(dòng)現(xiàn)象的多級(jí)壓氣機(jī)開展試驗(yàn)研究，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)葉/靜葉角度改變轉(zhuǎn)子級(jí)負(fù)荷，重點(diǎn)分析了轉(zhuǎn)子級(jí)負(fù)荷對(duì)壓氣機(jī)葉片非同步振動(dòng)的影響機(jī)理。試驗(yàn)測(cè)量的主要手段是在機(jī)匣上安裝非定常壓力脈動(dòng)測(cè)試和同步的轉(zhuǎn)子葉片應(yīng)變測(cè)試，分析二者的頻率和模態(tài)關(guān)系，闡明旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)誘發(fā)轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)這一復(fù)雜的物理現(xiàn)象。本文的研究工作分為3 部分，第1 節(jié)將基于多級(jí)壓氣機(jī)整機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合非定常數(shù)值計(jì)算，分析導(dǎo)葉偏關(guān)引起的轉(zhuǎn)子負(fù)荷偏高，進(jìn)而誘發(fā)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)和葉片振動(dòng)的物理現(xiàn)象。第2 節(jié)，為了進(jìn)一步深入研究葉片負(fù)荷對(duì)多級(jí)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，開展了一系列靜子葉片角度的分析，給出了對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子負(fù)荷隨葉片調(diào)節(jié)角度偏離的變化規(guī)律，為進(jìn)一步的機(jī)理試驗(yàn)研究提供了理論指導(dǎo)。根據(jù)第2 節(jié)的理論預(yù)測(cè)結(jié)果，第3 節(jié)針對(duì)性地開展了導(dǎo)葉/靜葉角度調(diào)節(jié)試驗(yàn)，詳細(xì)分析了導(dǎo)葉調(diào)節(jié)、負(fù)荷變化對(duì)非定常壓力脈動(dòng)、應(yīng)變信號(hào)的產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，探討了葉片負(fù)荷對(duì)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理。

1 旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)誘發(fā)的葉片振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理

1.1 整機(jī)試驗(yàn)多級(jí)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)誘發(fā)葉片振動(dòng)信號(hào)分析

本節(jié)試驗(yàn)工作在某整機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上展開，試驗(yàn)中主要觀察到第1 級(jí)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常情況，其轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為47，葉尖馬赫數(shù)為1.125，氣動(dòng)彎角為10.2°。試驗(yàn)中，采用了圖1 所示的測(cè)試布局方案。其中圖1（a）給出了葉尖動(dòng)態(tài)壓力傳感器測(cè)點(diǎn)軸向位置的示意圖，圖1（b）是對(duì)應(yīng)的周向測(cè)點(diǎn)位置，3 個(gè)測(cè)點(diǎn)夾角為20°和40°，用于識(shí)別旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的頻率、模態(tài)。本節(jié)的整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試中為了避免應(yīng)變片對(duì)性能測(cè)試結(jié)果的影響，沒有布置應(yīng)變測(cè)量。在第3 節(jié)的部件測(cè)試中，增加了葉片表面的應(yīng)變測(cè)量以分析葉片的振動(dòng)響應(yīng)。壓氣機(jī)試驗(yàn)過程中，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子壁面脈動(dòng)壓力傳感器感受的是絕對(duì)坐標(biāo)系下的流場(chǎng)壓力激勵(lì)頻率fS，而壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片感受的脈動(dòng)壓力是在相對(duì)坐標(biāo)系下進(jìn)行的，轉(zhuǎn)子葉片感受的擾動(dòng)頻率為fR，因此，只有當(dāng)fR與轉(zhuǎn)子葉片固有頻率接近時(shí)，才會(huì)引起葉片的強(qiáng)迫振動(dòng)，而fS與轉(zhuǎn)子葉片固有頻率的匹配并不會(huì)引起系統(tǒng)的振動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻為EO，且轉(zhuǎn)子葉片已經(jīng)出現(xiàn)振動(dòng)鎖定，脈動(dòng)激勵(lì)旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)速一致，fS和fR滿足

式中：m為任意正整數(shù)［15］，由轉(zhuǎn)子葉片數(shù)和振動(dòng)節(jié)徑數(shù)共同決定。此時(shí)fR為葉片振動(dòng)頻率。

旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)誘發(fā)葉片振動(dòng)的試驗(yàn)結(jié)果在國際上報(bào)道很少，尤其是多級(jí)壓氣機(jī)更為少見，這主要由于其試驗(yàn)測(cè)量難度與風(fēng)險(xiǎn)很大。用于本文研究的是一臺(tái)核心機(jī)試驗(yàn)出現(xiàn)的異常結(jié)果，核心機(jī)降低轉(zhuǎn)速時(shí)壓氣機(jī)靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，葉片調(diào)節(jié)角度異常偏關(guān)、各排葉片調(diào)節(jié)比例失調(diào)，導(dǎo)致壓氣機(jī)未按預(yù)計(jì)工作線降低轉(zhuǎn)速至目標(biāo)工作點(diǎn)，而是向堵塞邊界嚴(yán)重偏移，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖對(duì)應(yīng)機(jī)匣的壁面動(dòng)態(tài)靜壓出現(xiàn)脈動(dòng)幅值突增現(xiàn)象，葉尖動(dòng)態(tài)壓力時(shí)域脈動(dòng)幅值從6% 增大至20%（見圖2（a）），同時(shí)頻譜出現(xiàn)一系列非整數(shù)倍轉(zhuǎn)頻的異常信號(hào)，且各異常頻率間隔是轉(zhuǎn)頻的整數(shù)倍。試驗(yàn)后分解檢查發(fā)現(xiàn)第1 級(jí)轉(zhuǎn)子有5 個(gè)葉片根部出現(xiàn)裂紋，斷口分析起裂原因?yàn)楦咧芷凇?/p>

圖2 壓氣機(jī)異常脈動(dòng)壓力時(shí)域-頻域分析Fig.2 Joint time-frequency-amplitude analysis of abnormal pressure fluctuation of compressor

脈動(dòng)幅值是對(duì)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)到的原始脈動(dòng)壓力信號(hào)直接進(jìn)行相對(duì)峰-峰值計(jì)算，計(jì)算式為

式中：pmax為最大脈動(dòng)壓力值；pmin為最小脈動(dòng)壓力值；pm為時(shí)均脈動(dòng)壓力值。

對(duì)第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖的壁面動(dòng)態(tài)壓力進(jìn)行頻譜分析，動(dòng)態(tài)壓力時(shí)域-頻域分析如圖2 所示，3 個(gè)階段的典型動(dòng)態(tài)壓力頻譜分析如圖3 所示，階段1為正常工作階段，階段2 第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖壓力脈動(dòng)的幅值大幅增大，轉(zhuǎn)子葉尖壓力時(shí)均值也迅速增大（圖2（a）中紅色線為時(shí)均值），表明第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖的氣動(dòng)負(fù)荷急劇增大，此時(shí)第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖流場(chǎng)中的頻譜較為豐富，最先突起的是5.88EO，之后為3.88、6.88、7.88、8.88、4.88 倍的EO，且這些頻率信號(hào)的幅值均大于轉(zhuǎn)頻EO 幅值（見圖2 和圖3）。進(jìn)入階段3 后，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖脈動(dòng)壓力時(shí)均值維持較高的量值且趨于穩(wěn)定，壓力頻譜中的5.88EO 幅值迅速下降，而3.88EO幅值迅速增大，而6.88、7.88、8.88、4.88 倍EO的幅值依然較高，比基頻及其倍頻幅值高得多，同時(shí)流場(chǎng)中還能較明顯捕捉到0.88EO 和1.88EO的信號(hào)。上述脈動(dòng)壓力信號(hào)具備2 個(gè)特征：① 峰值頻率非轉(zhuǎn)頻整數(shù)倍；② 頻率間隔正好為轉(zhuǎn)頻。

圖3 壓氣機(jī)異常脈動(dòng)壓力頻譜分析Fig.3 Spectrum analysis of abnormal pressure fluctuation of compressor

第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的一彎固有頻率為3.88EO，即可根據(jù)式（1）對(duì)本次試驗(yàn)中捕捉的氣流異常脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行流固耦合的模態(tài)分析。階段1 時(shí)壓力信號(hào)正常，只有轉(zhuǎn)頻整數(shù)倍的壓力尖峰，且都在1 kPa 以下。階段2 氣流脈動(dòng)時(shí)域信號(hào)幅值從6%大幅提高至15%左右（見圖2（a）），更為重要的是，出現(xiàn)的fS=5.88EO 的脈動(dòng)尖峰，幅值高達(dá)7 kPa 以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于階段1（見圖2（b））。此時(shí)m=2，說明流動(dòng)激勵(lì)5.88EO 和葉片的一彎固有頻率達(dá)到m=2 的耦合，相互激勵(lì)增大。繼續(xù)發(fā)展到階段3 時(shí)，氣流脈動(dòng)時(shí)域信號(hào)幅值繼續(xù)提高至20%（見圖2（a）），出現(xiàn)fS=3.88EO，幅值高達(dá)16 kPa，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常規(guī)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)脈動(dòng)壓力范圍（見圖3（c））。此時(shí)m=0，說明轉(zhuǎn)子盤的振動(dòng)節(jié)徑數(shù)發(fā)生了變化，流動(dòng)激勵(lì)3.88EO 和葉片的一彎固有頻率已經(jīng)完全耦合了，相互激勵(lì)增大，而轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)應(yīng)力幅值也大幅提高，導(dǎo)致葉片萌生裂紋。

上述試驗(yàn)捕獲到非同步振動(dòng)是在壓氣機(jī)的中高轉(zhuǎn)速，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片出現(xiàn)的非同步振動(dòng)正是由于葉尖流場(chǎng)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定后，流動(dòng)激勵(lì)頻率與葉片固有頻率產(chǎn)生耦合而發(fā)生的。需要指出的是，該核心機(jī)經(jīng)過多輪試驗(yàn)，同轉(zhuǎn)速下，當(dāng)靜葉調(diào)節(jié)角度沒有發(fā)生偏離、轉(zhuǎn)子負(fù)荷正常時(shí)，并未觀察到類似的壓力脈動(dòng)信號(hào)。表明此次試驗(yàn)中的現(xiàn)象并非由于通常認(rèn)識(shí)的單純?nèi)~尖間隙過大引起，而是與導(dǎo)葉異常偏關(guān)帶來的葉尖負(fù)荷過高緊密相關(guān)，分析認(rèn)為轉(zhuǎn)子負(fù)荷系數(shù)決定了葉背流動(dòng)的分離程度以及葉尖壓差，進(jìn)而影響了周向流動(dòng)激勵(lì)的形成，葉尖泄漏流并非旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定發(fā)生的必要條件，壓氣機(jī)處于非設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子負(fù)荷系數(shù)的變化對(duì)非同步振動(dòng)的影響鮮有報(bào)道。為進(jìn)一步確認(rèn)以上結(jié)論并揭示其物理機(jī)制，將開展調(diào)節(jié)各級(jí)靜葉角度的多級(jí)壓氣機(jī)試驗(yàn)，以探究轉(zhuǎn)子負(fù)荷與葉尖旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)結(jié)構(gòu)以及葉片動(dòng)應(yīng)力之間的影響規(guī)律。

1.2 全環(huán)非定常數(shù)值模擬對(duì)導(dǎo)葉偏關(guān)誘發(fā)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)探究

在實(shí)際問題中，如何分辨顫振和旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)誘發(fā)的振動(dòng)在實(shí)際中是非常困難的問題，二者都具有非同步振動(dòng)共同具備的特征。為此，本文開展了全環(huán)非定常數(shù)值模擬探究導(dǎo)葉偏關(guān)誘發(fā)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象，來幫助分析1.1 節(jié)中的工況是否有出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象的可能。在上述試驗(yàn)中無法定量地獲取第1 級(jí)靜葉實(shí)際的偏關(guān)量，更無法獲得葉尖附近的流場(chǎng)細(xì)節(jié)。為了定量模擬壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片負(fù)荷變化對(duì)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象產(chǎn)生及葉片氣流激勵(lì)的影響。考慮整個(gè)壓氣機(jī)部件多級(jí)非定常數(shù)值計(jì)算量規(guī)模超大，本文計(jì)算模型選取壓氣機(jī)前1.5 級(jí)，如圖4 所示。采用H-O 型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，無量綱參數(shù)Y+為20～30，全環(huán)模型網(wǎng)格總節(jié)點(diǎn)數(shù)約為4 200 萬，如圖5 所示。湍流模型采用k-ε模型，非定常時(shí)間步長為4.17×10-6s。非定常數(shù)值計(jì)算流量的收斂情況如圖6 所示。

圖4 非定常數(shù)值模擬全環(huán)模型Fig.4 Full-annulus unsteady numerical simulation model

圖5 非定常數(shù)值模擬網(wǎng)格Fig.5 Mesh of unsteady numerical simulation

圖6 非定常數(shù)值計(jì)算收斂情況（進(jìn)口流量）Fig.6 Convergence of unsteady numerical simulation（inlet mass flow）

為了探究第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖負(fù)荷增大的影響，在保持進(jìn)出口靜壓不變的前提下，模擬第1 級(jí)靜葉在3 種設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)角度基礎(chǔ)上偏關(guān)角度2°、4°、6°下的非定常流動(dòng)引起的壓力脈動(dòng)。仿真計(jì)算中在第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片90%葉高前緣設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，圖7 為第1 級(jí)靜葉3 種偏關(guān)角度下第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖的壓力脈動(dòng)時(shí)域信號(hào)，可見第1 級(jí)可調(diào)靜葉偏關(guān)使得壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片表面非定常壓力脈動(dòng)幅值增大。偏關(guān)2°時(shí)，轉(zhuǎn)子壓力脈動(dòng)幅值（式（2）定義的峰-峰值脈動(dòng)幅值）為1%左右；隨靜葉偏關(guān)量增大至4°，脈動(dòng)幅值增大到2%左右；當(dāng)偏關(guān)角度增大至6°時(shí)，壓力脈動(dòng)幅值可達(dá)6%，且波動(dòng)較大?？芍S第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖負(fù)荷的增大，葉尖壓力脈動(dòng)幅值逐漸增加，表明轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定流動(dòng)加劇，轉(zhuǎn)子葉尖流場(chǎng)逐漸惡化。

圖7 第1 級(jí)轉(zhuǎn)子90%葉高前緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)隨靜葉偏關(guān)角度變化Fig.7 Variation of pressure fluctuation at leading edge monitoring points of 90% span on the first-stage rotor with closing angle of stator

對(duì)于氣彈現(xiàn)象更為重要的是氣動(dòng)激勵(lì)的頻率，圖8 為第1 級(jí)靜葉不同偏關(guān)角度下轉(zhuǎn)子葉片上由于旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)流動(dòng)引起的氣動(dòng)激勵(lì)力對(duì)比，通過葉片表面兩側(cè)的壓力積分獲得，其中F為瞬時(shí)值，F(xiàn)ˉ為時(shí)均值。從圖中可以看出，第1 級(jí)靜葉偏關(guān)2°時(shí)流場(chǎng)的氣流激勵(lì)頻率為葉片的1 倍通過頻率（1BPF），沒有發(fā)現(xiàn)非同步氣流激勵(lì)頻率。在低于葉片1BPF 的頻率帶內(nèi)，導(dǎo)葉偏關(guān)4°和6°均導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)非同步氣流激勵(lì)頻率（1.9EO，根據(jù)式（1），可以計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)模態(tài)數(shù)為23），且偏關(guān)6°時(shí)非同步氣流激勵(lì)頻率幅值相對(duì)偏關(guān)4°增大了67%左右。該非整階次激勵(lì)產(chǎn)生的氣動(dòng)力幅值遠(yuǎn)高于在52EO 處由于IGV 尾跡激勵(lì)產(chǎn)生的非定常力。可知當(dāng)?shù)? 級(jí)靜葉偏關(guān)較多導(dǎo)致第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖負(fù)荷增大時(shí)，周向不穩(wěn)定氣流使得轉(zhuǎn)子出現(xiàn)非同步氣流激勵(lì)頻率，非同步氣流激勵(lì)幅值隨轉(zhuǎn)子負(fù)荷增加而急劇增大。圖9 為第1 級(jí)靜葉不同偏關(guān)角度下葉尖非定常流場(chǎng)，靜葉偏關(guān)角度增加使得轉(zhuǎn)子葉尖負(fù)荷增重、流場(chǎng)惡化，葉背側(cè)出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象。圖10 為靜葉偏關(guān)6°時(shí)的葉尖分離渦與間隙泄漏流，圖11 為靜葉偏關(guān)6°時(shí)的轉(zhuǎn)子出口相對(duì)馬赫數(shù)周向分布，可見其相互作用卷起的“龍卷渦”，使得葉尖流動(dòng)不穩(wěn)定，是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)非同步氣流激勵(lì)的主要原因。這也表明轉(zhuǎn)子葉片尖部負(fù)荷增大與大間隙葉尖泄漏流動(dòng)同樣能引起葉尖流動(dòng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致出現(xiàn)非同步氣流激勵(lì)。

圖8 第1 級(jí)靜葉不同偏關(guān)角度下由于旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)流動(dòng)引起的氣動(dòng)激勵(lì)力對(duì)比Fig.8 Comparison of unsteady forces induced by RI flow structure at different closing angles on the first-stage stator

圖9 第1 級(jí)靜葉不同偏關(guān)角度下轉(zhuǎn)子葉尖流場(chǎng)對(duì)比Fig.9 Comparison of rotor blade tip flow field with different closing angles on the first-stage stator

圖10 轉(zhuǎn)子葉尖分離渦與間隙泄漏流相互作用（偏關(guān)6°）Fig.10 Interaction of rotor blade tip separation vortex with leakage flow （close stator by 6°）

圖11 轉(zhuǎn)子出口相對(duì)馬赫數(shù)周向分布（偏關(guān)6°）Fig.11 Circumferential distribution of relative Mach number at outlet of rotor （close stator by 6°）

2 多級(jí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖負(fù)荷系數(shù)計(jì)算

1.2節(jié)所述1.5 級(jí)壓氣機(jī)全環(huán)非定常計(jì)算初步解釋了調(diào)節(jié)葉片角度偏關(guān)對(duì)相鄰上游轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象的影響機(jī)理，然而其計(jì)算量對(duì)于多級(jí)壓氣機(jī)非定常模擬是難以接受的。為研究在更為復(fù)雜的多級(jí)壓氣機(jī)環(huán)境下導(dǎo)葉/靜葉角度對(duì)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象的影響規(guī)律，開展6 級(jí)壓氣機(jī)部件試驗(yàn)研究。為了給試驗(yàn)研究提供理論支持，采用二維（軸對(duì)稱）數(shù)學(xué)模型、應(yīng)用流線曲率法，定量分析不同導(dǎo)葉/靜葉偏轉(zhuǎn)角度下，多級(jí)壓氣機(jī)負(fù)荷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。

本文研究的6 級(jí)跨聲壓氣機(jī)第1 級(jí)轉(zhuǎn)子的葉片數(shù)、葉尖馬赫數(shù)和氣動(dòng)彎角等設(shè)計(jì)參數(shù)與1.1 節(jié)中的參數(shù)完全一致，但進(jìn)氣條件為常溫常壓。包括進(jìn)口導(dǎo)葉和第1、第2 級(jí)靜子葉片共3排可調(diào)葉片。為指導(dǎo)試驗(yàn)調(diào)試策略，獲得6 級(jí)壓氣機(jī)各級(jí)級(jí)負(fù)荷隨導(dǎo)葉/靜子葉片調(diào)節(jié)的變化規(guī)律，本文采用文獻(xiàn)［20］研究的一種工程實(shí)用的軸流壓氣機(jī)特性二維預(yù)估方法，包含二維（軸對(duì)稱）數(shù)學(xué)模型、應(yīng)用流線曲率法求解完全徑向平衡方程來得到壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)，計(jì)算站設(shè)在葉片排軸向間隙中，用堵塞系數(shù)來考慮環(huán)壁附面層的堵塞影響，采用了較精準(zhǔn)的葉片排的損失和落后角模型，能真實(shí)地反映各種工況下壓氣機(jī)的特性和內(nèi)部流場(chǎng)，可用于多級(jí)軸流壓氣機(jī)的特性計(jì)算，已在技術(shù)研究和產(chǎn)品研制中廣泛使用。

2.1 落后角和損失模型

為能夠比較真實(shí)地反映多級(jí)軸流壓氣機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)，獲得轉(zhuǎn)子負(fù)荷系數(shù)隨導(dǎo)葉/靜葉調(diào)節(jié)角度的變化規(guī)律，本文采用了文獻(xiàn)［20］建立的落后角和損失模型。落后角的計(jì)算公式為

式中：δmin為最小損失落后角；δi為攻角偏離最小損失攻角時(shí)的落后角修正；δVA為流管面積變化對(duì)落后角的修正；δMa為馬赫數(shù)對(duì)落后角的修正；δn為葉型過扭對(duì)落后角的修正；δk為徑向間隙對(duì)落后角的修正。

損失模型為

式中：ωmin為葉型最小損失；ωM為激波損失；ωt為端區(qū)損失；ωk徑向間隙造成的損失；i為當(dāng)前攻角；im為最小損失攻角；iw為可用攻角范圍的一半。

2.2 負(fù)荷系數(shù)計(jì)算結(jié)果

壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)中一般常用無量綱性能參數(shù)——負(fù)荷系數(shù)ψ*（Loading Coefficient）來衡量各級(jí)負(fù)荷。負(fù)荷系數(shù)又稱載荷系數(shù)、加功因子，它的定義為

式中：L為有效加功量；U為切線速度。

當(dāng)3 排可調(diào)葉片在設(shè)計(jì)角度時(shí)，通過二維流場(chǎng)計(jì)算，獲取在壓氣機(jī)工作點(diǎn)和近喘振邊界點(diǎn)（近喘點(diǎn)）的第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖的負(fù)荷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)，如圖12 所示。當(dāng)壓氣機(jī)工作狀態(tài)沿發(fā)動(dòng)機(jī)工作線從1.0 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速逐漸降低轉(zhuǎn)速時(shí)，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖的負(fù)荷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的降低變化比較平穩(wěn)（圖12（a）），而沿近喘點(diǎn)，其負(fù)荷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速降低呈現(xiàn)出明顯的增長趨勢(shì)（圖12（b））。如圖13 所示，在近喘點(diǎn)，下游靜葉角度偏關(guān)，會(huì)使第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的負(fù)荷增大，負(fù)荷系數(shù)也明顯提高；下游靜葉角度偏開，使第1級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的負(fù)荷降低，負(fù)荷系數(shù)也明顯降低。說明本文1.1 節(jié)壓氣機(jī)試驗(yàn)過程中由于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障導(dǎo)致下游葉片偏關(guān)增大了第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖負(fù)荷，使之更容易發(fā)生流動(dòng)不穩(wěn)定，進(jìn)而引發(fā)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。據(jù)此結(jié)果可以判斷：通過打開下游葉片的措施可降低該處負(fù)荷，可降低第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖負(fù)荷，避免出現(xiàn)非同步振動(dòng)。

圖12 各排轉(zhuǎn)子葉尖的負(fù)荷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的計(jì)算結(jié)果Fig.12 Computed results of change of loading coefficient of each rotor blade tip with rotation speed

圖13 近喘邊界下游靜葉偏開/偏關(guān)對(duì)第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖負(fù)荷系數(shù)的影響Fig.13 Effect of downstream stator open/close on the first-stage rotor blade tip loading coefficient near surge boundary

3 試驗(yàn)研究

本節(jié)開展了6 級(jí)壓氣機(jī)部件試驗(yàn)，定量調(diào)節(jié)可調(diào)葉片角度，改變第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片負(fù)荷，研究多級(jí)壓氣機(jī)負(fù)荷系數(shù)對(duì)非同步振動(dòng)的影響規(guī)律?；诘? 節(jié)的多級(jí)壓氣機(jī)負(fù)荷分析，針對(duì)增大轉(zhuǎn)子葉尖負(fù)荷設(shè)計(jì)了多個(gè)試驗(yàn)方案，一方面獲取第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的負(fù)荷對(duì)葉片非同步振動(dòng)的影響情況，另一方面研究對(duì)第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)影響最敏感的葉片排。需要指出的是本節(jié)試驗(yàn)與第1 節(jié)中的試驗(yàn)進(jìn)氣條件、物理轉(zhuǎn)速不同，因而各階葉片固有頻率相對(duì)轉(zhuǎn)頻倍數(shù)也不同。

3.1 試驗(yàn)裝置及測(cè)試方案

本試驗(yàn)在敞開節(jié)流式軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)器上開展。在壓氣機(jī)進(jìn)、出口和各級(jí)間布置多支多點(diǎn)總溫、總壓測(cè)點(diǎn)，以獲取壓氣機(jī)總性能和各級(jí)級(jí)性能；在壓氣機(jī)進(jìn)出口布置了動(dòng)態(tài)壓力測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)壓氣機(jī)中的異常流動(dòng)引起的壓力變化情況，可達(dá)到快速退喘或其他異常狀態(tài)的目的。本次試驗(yàn)還增加了第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖的動(dòng)態(tài)壁面靜壓Ps-R1 監(jiān)測(cè)，以采集第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉尖出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定時(shí)的氣流脈動(dòng)壓力信號(hào)。試驗(yàn)中在第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖對(duì)應(yīng)機(jī)匣布置周向3 點(diǎn)動(dòng)態(tài)壁面靜壓測(cè)點(diǎn)：Ps-R1-1、Ps-R1-2、Ps-R1-3，如圖1 所示，可見3 個(gè)測(cè)點(diǎn)夾角為20°和40°，這樣布置的目的是為了識(shí)別更多旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)模態(tài)。傳感器采用齊平壁面安裝方式，傳感器為Kulite XTEH-10L-190M 系列壓阻式動(dòng)態(tài)壓力傳感器，采樣率≥20 kHz，帶寬≥10 kHz。

根據(jù)式（1），機(jī)匣布置的動(dòng)態(tài)靜壓測(cè)點(diǎn)獲取的是絕對(duì)坐標(biāo)系下的氣流脈動(dòng)頻率fS，而還需同步獲取葉片振動(dòng)頻率fR，因此試驗(yàn)中在第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片（共47 片）的其中9 個(gè)葉片上各布置一點(diǎn)振動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，位置見圖1（c）。圖中測(cè)點(diǎn)A 主要監(jiān)測(cè)1 階振動(dòng)（一彎）、測(cè)點(diǎn)B 監(jiān)測(cè)2 階振動(dòng)（一扭），測(cè)點(diǎn)C 監(jiān)測(cè)3 階振動(dòng)（一階弦彎），將轉(zhuǎn)子葉片上的應(yīng)變測(cè)量與機(jī)匣上的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量同步分析，來研究旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)誘發(fā)葉片振動(dòng)現(xiàn)象。本文中應(yīng)變信號(hào)編號(hào)如“R1-3-B”，“R1”代表第1 級(jí)轉(zhuǎn)子，“3”代表葉片編號(hào)（測(cè)試中在若干轉(zhuǎn)子上布置了同樣的A、B、C 測(cè)點(diǎn)），“B”代表測(cè)點(diǎn)位置。試驗(yàn)在相對(duì)換算轉(zhuǎn)速為90%時(shí)進(jìn)行。

3.2 上游導(dǎo)葉出口氣流角的影響

在壓氣機(jī)試驗(yàn)中，單獨(dú)調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）安裝角，在各級(jí)間設(shè)置總壓監(jiān)測(cè)，獲取了各級(jí)級(jí)壓比隨IGV 角度偏開（+）和偏關(guān)（-）的變化規(guī)律，如圖14 所示，圖中數(shù)值表示角度值?？梢姰?dāng)IGV 逐漸偏開時(shí)，第1 級(jí)壓比逐漸增大，負(fù)荷逐漸增大，而后5 級(jí)的壓比變化很小。原因是IGV 打開時(shí)，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口預(yù)旋降低，導(dǎo)致負(fù)荷增大。試驗(yàn)中氣流脈動(dòng)壓力監(jiān)測(cè)和葉片振動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)正常，沒有出現(xiàn)異常信號(hào)。

圖14 IGV 偏開/偏關(guān)對(duì)各級(jí)壓比的影響Fig.14 Effect of IGV open/close on pressure ratio of each stage

3.3 下游靜子偏關(guān)的影響

試驗(yàn)通過單獨(dú)偏關(guān)第1 級(jí)靜子葉片S1、第2級(jí)靜子葉片S2 和同時(shí)偏關(guān)S1 和S2，定量研究偏關(guān)S1 和S2 時(shí)，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子的氣動(dòng)負(fù)荷增大的規(guī)律。

3.3.1 單獨(dú)偏關(guān)第1 級(jí)靜葉S1

保持IGV 和S2 設(shè)計(jì)安裝角不變，在相對(duì)換算轉(zhuǎn)速為90%時(shí)，逐漸偏關(guān)（-）S1，此時(shí)第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片壓比逐漸提高，第2 級(jí)壓比逐漸下降，后4 級(jí)壓比變化不大，如圖15 所示。

圖15 偏關(guān)S1 對(duì)各級(jí)壓比的影響Fig.15 Effect of closing S1 on pressure ratio of each stage

在S1 從設(shè)計(jì)安裝角偏關(guān)4°～8°的過程中，R1處的機(jī)匣壁面動(dòng)態(tài)壓力傳感器首先出現(xiàn)壓力脈動(dòng)幅值增大，各測(cè)點(diǎn)頻率成分增加，出現(xiàn)豐富的非整數(shù)倍氣流激勵(lì)頻譜，以7.16EO 幅值最大，脈動(dòng)幅值約為2.6%，此時(shí)壓氣機(jī)工作穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子葉片振動(dòng)應(yīng)力明顯增大。當(dāng)S1 偏關(guān)至8°時(shí)，壁面動(dòng)態(tài)壓力幅值進(jìn)一步增加，頻譜中5.16EO 的幅值最高，同時(shí)第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)應(yīng)力突增，應(yīng)變片振動(dòng)應(yīng)力超限，頻率為葉片一彎頻率4.16EO。葉片振動(dòng)應(yīng)力和氣流脈動(dòng)壓力見圖16 和圖17（圖17 中壁面脈動(dòng)壓力強(qiáng)度系數(shù)為測(cè)量點(diǎn)的脈動(dòng)壓力幅值與進(jìn)口來流壓力脈動(dòng)幅值均方根的比值），將過程分為以下3 個(gè)階段：

圖16 第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片動(dòng)應(yīng)力時(shí)域圖Fig.16 Time-domain vibration stress of the first-stage rotor blade

圖17 第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖脈動(dòng)壓力Fig.17 Blade tip pressure fluctuation of the first-stage rotor blade

階段1偏關(guān)4°～8°過程中，該區(qū)域內(nèi)擾動(dòng)較弱且較為穩(wěn)定，氣流脈動(dòng)壓力的脈動(dòng)幅值約為2.6%。

階段2偏關(guān)穩(wěn)定在8°時(shí)，該區(qū)域?yàn)闅鈩?dòng)擾動(dòng)與葉片振動(dòng)耦合作用區(qū)域，脈動(dòng)壓力的脈動(dòng)幅值由4.78%突增至18.58%，同時(shí)葉片振動(dòng)與流場(chǎng)耦合頻率較不穩(wěn)定，葉片的振動(dòng)應(yīng)力急劇增加。氣流脈動(dòng)頻率fS=7.16EO，葉片振動(dòng)頻率fR=4.16EO，由式（1）可知m=7.16-4.16=3，說明流場(chǎng)中的分離流擾動(dòng)已經(jīng)與葉片一彎固有頻率產(chǎn)生耦合。

階段3迅速打開壓氣機(jī)出口節(jié)氣門，氣流脈動(dòng)壓力的脈動(dòng)幅值略有下降，但整體平均的脈動(dòng)幅值依然保持在約15.93%的高水平區(qū)間，葉片振動(dòng)處于高應(yīng)力水平。氣流脈動(dòng)頻率fS=5.16EO 頻率，葉片振動(dòng)頻率fR=4.16EO，由式（1）可知m=5.16-4.16=1，說明流場(chǎng)中的分離流擾動(dòng)增大，與葉片一彎固有頻率的耦合加深，相互的激勵(lì)也進(jìn)一步增強(qiáng)。隨著節(jié)氣門繼續(xù)打開并降低轉(zhuǎn)速、恢復(fù)S1 葉片安裝角到設(shè)計(jì)位置后該異常信號(hào)均消失。

3.3.2 單獨(dú)偏關(guān)第2 級(jí)靜葉S2

在相對(duì)換算轉(zhuǎn)速為90%時(shí)，保持IGV 和S1設(shè)計(jì)安裝角度不變，研究S2 設(shè)計(jì)安裝角從偏關(guān)8°調(diào)節(jié)至偏開8°對(duì)R1 氣動(dòng)性能、振動(dòng)性能的影響情況。試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)S2 偏開（+）時(shí)，第3 級(jí)壓比顯著提高，第2 級(jí)壓比顯著下降，而S2 偏關(guān)（-）時(shí)，壓比趨勢(shì)相反，如圖18 所示。整個(gè)試驗(yàn)過程中，壓氣機(jī)工作穩(wěn)定，機(jī)匣振動(dòng)、氣流壓力脈動(dòng)、葉片振動(dòng)應(yīng)力等信號(hào)均無異常，當(dāng)S2 調(diào)節(jié)至偏關(guān)最大8°時(shí)，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖流場(chǎng)中沒有出現(xiàn)異常的壓力脈動(dòng)頻率，葉片振動(dòng)應(yīng)力也沒有增大趨勢(shì)。

圖18 偏開/偏關(guān)S2 對(duì)各級(jí)壓比的影響Fig.18 Effect of opening/closing S2 on pressure ratio of each stage

3.3.3 同時(shí)偏關(guān)第1 級(jí)靜葉S1 和第2 級(jí)靜葉S2

相對(duì)換算轉(zhuǎn)速為90%時(shí)，保持IGV 設(shè)計(jì)安裝角不變，同時(shí)偏關(guān)S1 和S2 葉片至4°、3.6°時(shí)，壓氣機(jī)流量-壓比特性如圖19 所示。R1 葉尖的氣流脈動(dòng)壓力和葉片振動(dòng)壓力時(shí)域圖如圖20 所示，可見隨著R1 的負(fù)荷逐漸加重，尖部氣流脈動(dòng)幅值有所增大。在階段1，壓比已經(jīng)快接近喘點(diǎn)壓比，該階段機(jī)匣監(jiān)測(cè)到氣流脈動(dòng)出現(xiàn)fS=33.7EO 的頻率（模態(tài)數(shù)m= 33.7+4.3= 38），脈動(dòng)幅值從3%增大至5.3%，葉片振動(dòng)應(yīng)力也從35 MPa 逐漸增大至100 MPa。階段2 繼續(xù)關(guān)閉節(jié)氣門，增大R1 負(fù)荷，從圖20 中可見，氣流脈動(dòng)頻率fS=33.7EO，頻率幅值略有增大，但突然增加的fS=6.3EO，其頻率（模態(tài)數(shù)m=6.3-4.3=2）幅值更大，導(dǎo)致脈動(dòng)幅值從5.3%迅速增大至9.3%，同時(shí)葉片振動(dòng)應(yīng)力從100 MPa 提高到198 MPa，超限報(bào)警，臺(tái)架降低轉(zhuǎn)速停車。

圖19 相對(duì)換算轉(zhuǎn)速為90%時(shí)的流量-壓比試驗(yàn)特性Fig.19 Experimental characteristics of mass flow and pressure ratio under 90% relative corrected rotation speed

圖20 第1 級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的氣流脈動(dòng)壓力和葉片振動(dòng)應(yīng)力Fig.20 Flow pressure fluctuation and blade vibration stress of the first-stage rotor blades

4 結(jié) 論

本文開展了理論與試驗(yàn)相結(jié)合的研究，通過全環(huán)非定常數(shù)值計(jì)算解釋了核心機(jī)試驗(yàn)中調(diào)節(jié)葉片異常偏關(guān)引起的轉(zhuǎn)子負(fù)荷增加，進(jìn)而誘發(fā)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)流動(dòng)與氣動(dòng)脈動(dòng)激勵(lì)的物理機(jī)制，分析了旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)及頻率特征；通過6 級(jí)壓氣機(jī)二維通流計(jì)算分析，給出了不同導(dǎo)葉/靜葉角度下，第1 級(jí)轉(zhuǎn)子負(fù)荷隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律；通過6級(jí)壓氣機(jī)試驗(yàn)研究，獲取了導(dǎo)葉/靜葉角度對(duì)轉(zhuǎn)子負(fù)荷的影響規(guī)律，揭示了旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)誘發(fā)葉片振動(dòng)的物理現(xiàn)象，主要結(jié)論如下：

1） 除葉尖徑向間隙大外，轉(zhuǎn)子葉尖高負(fù)荷是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)流動(dòng)現(xiàn)象，誘發(fā)轉(zhuǎn)子葉片非同步振動(dòng)的重要原因。

2） 轉(zhuǎn)子葉片上下游可調(diào)葉片角度均對(duì)轉(zhuǎn)子負(fù)荷有著顯著的影響，且相鄰下游葉片影響更為敏感?？烧{(diào)葉片調(diào)節(jié)角度不合理可能引起轉(zhuǎn)子負(fù)荷異常升高，導(dǎo)致葉尖區(qū)域流動(dòng)不穩(wěn)定進(jìn)而誘發(fā)葉尖旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象。當(dāng)旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)的頻率與葉片固有頻率匹配時(shí)，葉片應(yīng)力短時(shí)間內(nèi)顯著增大，存在導(dǎo)致葉片疲勞裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。

3） 控制轉(zhuǎn)子葉尖負(fù)荷可以避免出現(xiàn)非同步振動(dòng)，優(yōu)化轉(zhuǎn)子葉片鄰近可調(diào)葉片角度是排除非同步振動(dòng)的有效手段。