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对航空发动机推重比日益提升的要求对轴流压气机的气动设计提出了巨大的挑战。压气机负荷提高的同时，伴随而来的剧烈分离流动不仅严重影响了效率，甚至会阻碍整机的稳定性。所以在保证高负荷工作的同时，维持内部流动高效是叶轮机械从业者孜孜以求的理想境界。在被动流动控制手段的潜力逐渐被充分发掘的今天，若要进一步提升压气机级负荷，主动流动控制技术的介入必然是压气机领域未来的发展重点。
哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心团队在深刻理解了压气机内部流动机理的基础上，提出了低反动度压气机设计理念。针对转静部件不同的流动情况，释放动叶的扩压需求，而着力于总压升；采用主动控制手段组织静叶流动，实现大幅静压升。动静叶各司其职，各自内部流动矛盾鲜明，且克服了传统吸附式压气机动叶部件上施加主动抽吸带来的结构强度问题。在这一背景下，附面层抽吸技术控制效果是决定低反动概念能否成功实现的重要一环。为了进一步改善抽吸控制的效果，降低成本，并提升对变工况的敏感性，本文将振荡激励引入抽吸流量中，并对其进行了系统的研究。
首先开展了关于扩压翼型附面层分离的二维uRANS和LES仿真计算。在相同外部条件下，对比定常抽吸和振荡抽吸在大尺度分离流场中的控制效果。采用模态分析手段对流场进行了分析，探究了振荡抽吸控制背后的非线性物理过程。结果表明，振荡抽吸控制效果受非定常控制参数的影响。当激励频率适当时，振荡抽吸能够进一步减小叶栅损失系数。最优频率受激励幅值影响，但总体来说等于叶片尾缘脱落涡特征频率或其倍频。当激励频率一定时，控制效果并不随着激励幅值的增加而单调改善。振荡抽吸继承了定常抽吸削弱附面层分离程度的优势，在此基础上通过引入周期性激励信号实现了对流场分离结构的重构过程。通过诱导额外涡输运过程来促进回流区低能流体同主流的动量交换。激励后的流场结构更为简单。大涡模拟结果证明了uRANS计算结果对分离流动在定性描述方面的可靠性。对非控流场的稳定性分析表明，分离流场处于中立稳定的状态，在受到外界扰动时，容易发生改变。当引入抽吸控制时，分离流场的全局稳定有所提升，而振荡抽吸控制的流场全局稳定性特征更好。
在理清振荡抽吸对二维附面层分离现象的作用机理后，转而在三维平面扩压叶栅中开展了研究。首先在对平面扩压叶栅内部各集中涡系结构进行了在探索。明确了在不同负荷水平扩压叶栅内流动恶化的主次矛盾：在常规负荷时，主要矛盾为通道涡结构；当负荷过高发生角区失速时，此时吸力面分离成为主要叶栅性能的流动结构。在此基础上对基于吸力面槽抽吸方式振荡抽吸控制角区分离流动的效果进行了深入探索。结果表明在振荡激励的作用下，原本角区层状的分离涡被离散成独立的展向涡管并向下游输运。而流向涡系结构(如马蹄涡和通道涡)并未受到较大影响。性能方面，新形成的离散分离涡结构虽然加剧了局部损失的产生，但显著削弱了时均叶栅损失并改善了叶栅通流情况。离散分离涡的形成机理同二维分析中得到的结论基本一致。吸力面抽吸槽产生的非定常扰动诱导分离剪切层卷起集中涡，不同叶高的类似过程共同形成了展向涡管。离散的分离涡促进了主流与回流区内部低能流体的动量交换，提升了低能流体的动量水平，从而起到了减小损失和改善通流的效果。之后在中亚音马赫数来流下的计算结果表明振荡抽吸的更高马赫数时其优势依然能够保持。
最后考察了流况最为复杂的级环境中振荡抽吸技术的控制效果。初步验证该技术的有效性。对级流动进行了详细的流动分析，理清各流动现象的主次地位，以为改善振荡抽吸配置提供方向。结果表明：不同的典型工况下，决定压气机级性能的主要矛盾不同：在近失速工况下(NS)，静叶中附面层分离相关流动是损失的主要来源；随着流量增加，静叶流动趋于有序，此时动叶叶顶泄漏流动成为左右性能的主要因素，尤其在接近堵塞点(NC)的情况。振荡抽吸技术在吸力面分离现象为主要矛盾的工况下，可以发挥其全部优势；但在静叶流动较好的工况下反而因其带来额外粘性耗散而使级性能下降。虽然在级环境下，动叶尾迹的周期性扫掠会诱导静叶分离附面层成离散状，特征频率同转子转动频率一致，但强度较弱；振荡抽吸诱导的离散吸力面分离涡强度更高，其频率同激励频率一致，其机理同平面叶栅中总结出的规律大体一致。
哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心团队在深刻理解了压气机内部流动机理的基础上，提出了低反动度压气机设计理念。针对转静部件不同的流动情况，释放动叶的扩压需求，而着力于总压升；采用主动控制手段组织静叶流动，实现大幅静压升。动静叶各司其职，各自内部流动矛盾鲜明，且克服了传统吸附式压气机动叶部件上施加主动抽吸带来的结构强度问题。在这一背景下，附面层抽吸技术控制效果是决定低反动概念能否成功实现的重要一环。为了进一步改善抽吸控制的效果，降低成本，并提升对变工况的敏感性，本文将振荡激励引入抽吸流量中，并对其进行了系统的研究。
首先开展了关于扩压翼型附面层分离的二维uRANS和LES仿真计算。在相同外部条件下，对比定常抽吸和振荡抽吸在大尺度分离流场中的控制效果。采用模态分析手段对流场进行了分析，探究了振荡抽吸控制背后的非线性物理过程。结果表明，振荡抽吸控制效果受非定常控制参数的影响。当激励频率适当时，振荡抽吸能够进一步减小叶栅损失系数。最优频率受激励幅值影响，但总体来说等于叶片尾缘脱落涡特征频率或其倍频。当激励频率一定时，控制效果并不随着激励幅值的增加而单调改善。振荡抽吸继承了定常抽吸削弱附面层分离程度的优势，在此基础上通过引入周期性激励信号实现了对流场分离结构的重构过程。通过诱导额外涡输运过程来促进回流区低能流体同主流的动量交换。激励后的流场结构更为简单。大涡模拟结果证明了uRANS计算结果对分离流动在定性描述方面的可靠性。对非控流场的稳定性分析表明，分离流场处于中立稳定的状态，在受到外界扰动时，容易发生改变。当引入抽吸控制时，分离流场的全局稳定有所提升，而振荡抽吸控制的流场全局稳定性特征更好。
在理清振荡抽吸对二维附面层分离现象的作用机理后，转而在三维平面扩压叶栅中开展了研究。首先在对平面扩压叶栅内部各集中涡系结构进行了在探索。明确了在不同负荷水平扩压叶栅内流动恶化的主次矛盾：在常规负荷时，主要矛盾为通道涡结构；当负荷过高发生角区失速时，此时吸力面分离成为主要叶栅性能的流动结构。在此基础上对基于吸力面槽抽吸方式振荡抽吸控制角区分离流动的效果进行了深入探索。结果表明在振荡激励的作用下，原本角区层状的分离涡被离散成独立的展向涡管并向下游输运。而流向涡系结构(如马蹄涡和通道涡)并未受到较大影响。性能方面，新形成的离散分离涡结构虽然加剧了局部损失的产生，但显著削弱了时均叶栅损失并改善了叶栅通流情况。离散分离涡的形成机理同二维分析中得到的结论基本一致。吸力面抽吸槽产生的非定常扰动诱导分离剪切层卷起集中涡，不同叶高的类似过程共同形成了展向涡管。离散的分离涡促进了主流与回流区内部低能流体的动量交换，提升了低能流体的动量水平，从而起到了减小损失和改善通流的效果。之后在中亚音马赫数来流下的计算结果表明振荡抽吸的更高马赫数时其优势依然能够保持。
最后考察了流况最为复杂的级环境中振荡抽吸技术的控制效果。初步验证该技术的有效性。对级流动进行了详细的流动分析，理清各流动现象的主次地位，以为改善振荡抽吸配置提供方向。结果表明：不同的典型工况下，决定压气机级性能的主要矛盾不同：在近失速工况下(NS)，静叶中附面层分离相关流动是损失的主要来源；随着流量增加，静叶流动趋于有序，此时动叶叶顶泄漏流动成为左右性能的主要因素，尤其在接近堵塞点(NC)的情况。振荡抽吸技术在吸力面分离现象为主要矛盾的工况下，可以发挥其全部优势；但在静叶流动较好的工况下反而因其带来额外粘性耗散而使级性能下降。虽然在级环境下，动叶尾迹的周期性扫掠会诱导静叶分离附面层成离散状，特征频率同转子转动频率一致，但强度较弱；振荡抽吸诱导的离散吸力面分离涡强度更高，其频率同激励频率一致，其机理同平面叶栅中总结出的规律大体一致。