CN111050456B - 一种抑制压气机失速的非定常等离子体激励布局设计方法 - Google Patents

一种抑制压气机失速的非定常等离子体激励布局设计方法 Download PDF

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Abstract

公开一种非定常等离子体激励布局的实现方法，包括：利用数值仿真得到近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征；基于近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征，确定等离子体激励诱导形成体积力方向的变化规律；依据函数f(t)的曲线，获得弯曲的等离子体激励布局。本发明方法基于近失速点压气机转子叶尖流动特性设计非定常的等离子体激励布局，使得等离子体激励诱导体积力的方向沿周向不断变化，时刻与主/回流交界面垂直，实现对压气机转子叶尖区域流场的非定常激励，从而实现对压气机失速的高效抑制。

Description

一种抑制压气机失速的非定常等离子体激励布局设计方法
技术领域
本发明涉及等离子体技术，具体涉及一种抑制压气机失速的非定常等离子体激励布局设计方法。
背景技术
随着压气机级压比和气动负荷的不断提高，强的逆压梯度导致压气机内部二次流和分离结构更加复杂，往往会引起强的流动损失和堵塞，保持所必需的失速裕度就变得异常困难。为了保证高负荷压气机足够的失速裕度，人们从气动设计角度作了很多尝试，如：低展弦比和高稠度设计、弯掠造型、大小叶片等。由于这些被动调控措施很难在发动机全工况内对压气机失速进行有效控制，仅依靠其以突破压气机负荷极限仍面临巨大挑战，进而早期应用于外流的主动流动控制技术开始被应用于高负荷压气机设计之中。传统的主动流动控制技术，如吹/吸气，往往具有机械结构复杂、驱动装置重量大、激励频带和响应速度受限等特点，不利于其在航空发动机中的应用。相对于传统主动流动控制技术，等离子体流动控制技术则具有结构简单、功耗低、响应速度快和激励频带宽等特点，将其应用于压气机失速的控制具有重要的理论意义和明显的工程应用价值。
等离子体流动控制最早应用于超声速流动中的激波减阻，已有几十年的时间，而压气机失速等离子体流动控制起步较晚。相对于常规主动控制手段，等离子体流动控制具有结构简单、无运动部件、响应速度快和激励频带宽等特征，对复杂、非定常流动的控制具有明显的优势，在引入到压气机内流流动控制之后很快受到了广泛关注。根据激励电源不同，介质阻挡放电(DBD)等离子体激励可分为纳秒脉冲DBD等离子体激励，其对流场的影响主要是“冲击效应”，即流场中的部分空气或外加气体电离时产生局部温度升和压力升(甚至产生冲击波)，对流场局部施加冲击扰动；正弦波DBD等离子体激励，其对流场的影响主要是“动力效应”，即在流场中电离形成的等离子体或加入的等离子体在电磁场力作用下定向运动，通过离子与中性气体分子之间的相互碰撞，形成作用于流体的体积力。目前压气机失速等离子体流动控制的研究中主要是基于正弦波DBD等离子体激励展开，本发明所使用的等离子体激励均指代正弦波DBD 等离子体激励。对于传统的抑制压气机失速的等离子体激励布局，其诱导形成体积力的方向一般保持恒定，通过控制压气机转子叶尖流动实现对压气机失速的抑制。实际上近失速工况下，压气机转子叶尖区域流动极其复杂，方向恒定的体积力很难对其进行有效控制。
发明内容
针对现有技术存在等离子体激励抑制压气机失速能力不足的问题，本发明基于近失速工况下压气机转子叶尖区域复杂流动设计了一种非定常等离子体激励布局，可有效提升等离子体激励抑制压气机失速的能力。
本发明提供一种非定常等离子体激励体积力方向变化规律的确定方法，包括下列步骤：
第一步：利用数值仿真得到近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征；
仿真采用k-ω湍流模型对p个转子通道进行计算，p＞2；单个转子通道计算网格数不少于30万，且要保证固壁面处第一层网格到壁面的无量纲距离即 y+＜2；非定常数值中物理时间步长为1/m叶片通过周期，m＞30，每个物理时间步长下所迭代的虚拟时间步数为q，q＞5；仿真中所有固壁面均采用绝热无滑移壁面条件，计算域进口按实验条件给定总压；将计算域出口与静子距离设为l倍转子叶顶弦长，l＞10，出口给定大气压作为平均反压，出口的几何形状的纵剖面采用三次收缩曲线，保证曲线两端的切线方向与压气机轴向一致，仿真中通过调节机匣和轮毂的收缩曲线改变出口面积，以达到节流的目的；
第二步：基于近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征，确定等离子体激励诱导形成体积力方向的变化规律；该变化规律的所表现的函数形式为多个正弦函数的叠加：
f(t)＝a1×sin(b1×t+c1)+a2×sin(b2×t+c2)+…+an×sin(bn×t+c7) (1)
其中，a1～an、b1～bn、c1～cn为待定参数，n由转子叶尖区域流动脉动特征决定，t为自变量，数值仿真中其含义为时间步；
该步骤具体如下：
步骤1：定义压气机机匣壁面轴向剪切力的数值由正减小为0的位置为主流/泄漏流的交界面，提取近失速点转子叶尖区域通道主流/泄漏流交界面的几何形状；
步骤2：利用主流/泄漏流交界面曲线上相邻两点的坐标(x1，y1)、(x1，y1) 求得曲线的切线方向，即(y1-y2)/(x1-x2)，通过求解切线方向的正交方向提取交界面曲线在不同周向位置处的法向；
步骤3：利用离散数据点对函数f(t)进行非线性拟合，确保等离子体激励体积力的方向与主流/泄漏流交界面的法向保持一致，函数f(t)为体积力方向与轴向的夹角；
步骤4：拟合得到的公式(1)中各系数的数值。
在本发明的一个实施例中，n＜20。
在本发明的一个具体实施例中，n＝7。
Figure BSA0000172123960000041
本发明还提供一种非定常等离子体激励布局实现方法，包括下列步骤：
第一步：利用数值仿真得到近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征；
仿真采用k-ω湍流模型对p个转子通道进行计算，p＞2；单个转子通道计算网格数不少于30万，且要保证固壁面处第一层网格到壁面的无量纲距离即 y+＜2；非定常数值中物理时间步长为1/m叶片通过周期，m＞30，每个物理时间步长下所迭代的虚拟时间步数为q，q＞5；仿真中所有固壁面均采用绝热无滑移壁面条件，计算域进口按实验条件给定总压；将计算域出口与静子距离设为l倍转子叶顶弦长，l＞10，出口给定大气压作为平均反压，出口的几何形状的纵剖面采用三次收缩曲线，保证曲线两端的切线方向与压气机轴向一致，仿真中通过调节机匣和轮毂的收缩曲线改变出口面积，以达到节流的目的；
第二步：基于近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征，确定等离子体激励诱导形成体积力方向的变化规律；该变化规律的所表现的函数形式为多个正弦函数的叠加：
f(t)＝a1×sin(b1×t+c1)+a2×sin(b2×t+c2)+…+an×sin(bn×t+c7) (1)
其中，a1～an、b1～bn、c1～cn为待定参数，n由转子叶尖区域流动脉动特征决定，t为自变量，数值仿真中其含义为时间步；
该步骤具体如下：
步骤1：定义压气机机匣壁面轴向剪切力的数值由正减小为0的位置为主流/泄漏流的交界面，提取近失速点转子叶尖区域通道主流/泄漏流交界面的几何形状；
步骤2：利用主流/泄漏流交界面曲线上相邻两点的坐标(x1，y1)、(x1，y1) 求得曲线的切线方向，即(y1-y2)/(x1-x2)，通过求解切线方向的正交方向提取交界面曲线在不同周向位置处的法向；
步骤3：利用离散数据点对函数f(t)进行非线性拟合，确保等离子体激励体积力的方向与主流/泄漏流交界面的法向保持一致，函数f(t)为体积力方向与轴向的夹角；
步骤4：拟合得到的公式(1)中各系数的数值；
第三步：依据函数f(t)的曲线，获得弯曲的等离子体激励布局；
即等离子体激励器的几何形状沿周向呈现如函数f(t)所表现出的周期性变化，其该几何变化周期即决定等离子体激励对转子叶顶流动的激励周期，在单个激励周期内，等离子体激励器的几何形状沿周向的分布规律决定了其激励方向的变化；单个激励周期内等离子体激励器的几何形状参照主流/泄漏流交界面设计，保证等离子体激励所诱导体积力的方向与主流/泄漏流交界面法向一致，激励器的具体几何形状由函数f(t)确定。
在本发明的一个实施例中，n＜20。
在本发明的一个具体实施例中，n＝7。
在本发明的一个具体实施例中，确定的公式(1)中各系数的数值为
Figure BSA0000172123960000051
此外，还提供一种按照上述非定常等离子体激励布局实现方法所实现的非定常等离子体激励布局，其中
等离子体激励器的阻挡介质材料为聚酰亚胺、厚度不小于1mm；激励器由不少于两组上下电极组成，两组电极间距是下电极宽度的2～2.5倍，下电极宽度是上电极宽度的4倍以上，电极厚度不大于35μm，上下电极轴向间隙为 0mm；激励器电极为弯曲电极，电极的形状根据数值仿真中所得到的函数f(t) 的具体表达式确定；
等离子体激励器的几何形状沿周向呈周期性变化，其几何变化周期即决定等离子体对转子叶顶流动的激励周期，在单个激励周期内，等离子体激励器的几何形状沿周向的分布规律决定了其激励方向的变化；单个激励周期内等离子体激励器的几何形状参照主流/泄漏流交界面设计，保证等离子体激励所诱导体积力的方向沿周向的分布规律与函数f(t)表示的等离子体激励诱导体积力方向沿周向的变化规律一致，故实验中自变量t为周向位置；等离子体激励几何变化的周期由转子叶尖流动非定常脉动频率决定，非定常脉动频率记为1/Td 倍的叶片通过频率，其中Td是正整数，则等离子体激励的几何变化周期即为Td倍转子叶顶栅距。
本发明基于近失速点压气机转子叶尖流动特性设计非定常的等离子体激励布局，使得等离子体激励诱导体积力的方向沿周向不断变化，时刻与主/回流交界面垂直，实现对压气机转子叶尖区域流场的非定常激励，从而实现对压气机失速的高效抑制。
本发明是基于等离子体气动激励的压气机失速主动流动控制技术，具体涉及介质阻挡放电等离子体激励，具有结构简单、功耗低、易于加工和实现等优点，在压气机失速主动控制方面有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的数值仿真方法所采用的压气机出口几何模型；
图2是利用数值仿真方法所得到的近失速工况压气机转子叶尖区域流场结构；
图3是一个激励周期内非定常激励布局诱导体积力方向的变化规律与主/ 泄漏流交界面法线方向的拟合结果；
图4是实验中安装在等离子体激励机匣上的常规和非定常等离子体激励布局，其中图4(a)示出常规等离子体激励布局，4(b)示出常规等离子体激励布局的示例图片，4(c)示出非定常等离子体激励布局，4(d)示出非定常等离子体激励布局的示例图片；
图5是一个激励周期内非定常激励布局诱导体积力方向的变化规律与主/泄漏流交界面法线方向的拟合结果；
图6是实验中常规和非定常等离子体激励布局抑制压气机失速的流动控制效果，其中图6(a)示出常规激励布局流动控制效果，6(b)示出非定常激励布局流动控制效果。
具体实施方式
下面结合附图进一步对本发明进行阐述。
一、非定常等离子体激励体积力方向变化规律的确定方法
目前压气机失速等离子体流动控制的研究中主要是基于正弦波DBD等离子体激励展开，本发明所使用的等离子体激励均指代正弦波DBD等离子体激励。
本发明使用了数值仿真和实验，采用的实验装置包括等离子体电源、等离子体激励机匣。数值仿真方法提供近失速点转子叶尖流动特征，基于近失速点转子叶尖流动特征设计非定常的等离子体激励布局，加工形成等离子体激励机匣，利用等离子体电源为等离子体激励机匣提供高压，形成等离子体气动激励。
本发明的非定常等离子体激励体积力方向变化规律的确定方法，包括下列步骤：
第一步：利用数值仿真得到近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征；
仿真采用k-ω湍流模型对p个转子通道进行计算，p＞2；单个转子通道计算网格数不少于30万，且要保证固壁面处第一层网格到壁面的无量纲距离即 y+＜2；非定常数值中物理时间步长为1/m(m＞30)叶片通过周期，每个物理时间步长下所迭代的虚拟时间步数为q，通常q＞5；仿真中所有固壁面均采用绝热无滑移壁面条件，计算域进口按实验条件给定总压；将计算域出口与静子距离设为l倍转子叶顶弦长，l＞10，出口给定大气压作为平均反压，出口的几何形状的纵剖面采用三次收缩曲线，保证曲线两端的切线方向与压气机轴向一致，仿真中通过调节机匣和轮毂的收缩曲线改变出口面积，以达到节流的目的；
第二步：基于近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征，确定等离子体激励诱导形成体积力方向的变化规律；
该变化规律的所表现的函数形式为多个正弦函数的叠加：
f(t)＝a1×sin(b1×t+c1)+a2×sin(b2×t+c2)+…+an×sin(bn×t+c7) (1)
其中，a1～an、b1～bn、c1～cn为待定参数，n由转子叶尖区域流动脉动特征决定，t为自变量，数值仿真中其含义为时间步；
该步骤具体如下：
步骤1：定义压气机机匣壁面轴向剪切力的数值由正减小为0的位置为主流/泄漏流的交界面，提取近失速点转子叶尖区域通道主流/泄漏流交界面的几何形状；
步骤2：利用主流/泄漏流交界面曲线上相邻两点的坐标(x1，y1)、(x1，y1) 求得曲线的切线方向，即(y1-y2)/(x1-x2)，通过求解切线方向的正交方向提取交界面曲线在不同周向位置处的法向；
步骤3：基于Matlab中Sum of sin functions拟合方法，利用离散数据点对函数f(t)进行非线性拟合，确保等离子体激励体积力的方向与主流/泄漏流交界面的法向保持一致，函数f(t)为体积力方向与轴向的夹角；
步骤4：拟合得到的公式(1)中各系数的数值。
后续的仿真结果表明，通过使用7个正弦函数进行叠加，函数f(t)表征的体积力方向变化规律与本发明中实例的预期结果吻合教好。但实际上，根据近失速工况压气机转子叶尖区域流动脉动特征的不同，也可以采用大于或小于7 个正弦函数进行叠加，以获得可满足拟合精度的函数f(t)的形式。
在本发明的一个实施例中，数值仿真方法计算采用Ansys CFX商用流体计算软件，采用k-ω湍流模型对12个导叶通道、6个转子和静子通道进行计算。计算网格由Autogrid生成，单个导叶、转子和静子通道网格总数分别为7.2万、 33万和25万，转子叶顶机匣处等离子体激励位置和近壁面处网格进行局部加密，保证固壁面处y+＜2。非定常数值中物理时间步长为1/60叶片通过周期，每个物理时间步长下所迭代的虚拟时间步数为6。仿真中所有固壁面均采用绝热无滑移壁面条件，计算域进口按实验条件给定总压。计算域出口与静子距离变为10倍叶顶弦长，为仿真得到高负荷压气机动态失速过程以获得近失速工况下压气机转子叶尖区域流动特征，出口给定大气压作为平均反压、几何则采用图1所示模型(模型中曲线为三次曲线，保证曲线两端的切线方向沿压气机轴向)，仿真中通过调节机匣和轮毂的收缩曲线改变出口面积，以达到节流的目的。
图2给出近失速工况下压气机转子叶尖区域流动的典型状态。当龙卷风分离涡机匣分支到达B2叶片前缘时，叶顶泄漏流引起了较大流动堵塞，流体沿 B1通道主流/泄漏流交界面移动会直接到达B2叶片前缘，增大了B2的来流攻角，进而引起B2叶片吸力面的流动分离，最终实现龙卷风分离涡由B1叶片通道向B2叶片通道的传播。由于B1通道主流/泄漏流交界面具有弯曲的几何形状，沿该交界面运动的流体在不同时刻具有不同的流动方向，为更有效地减弱B1通道流动堵塞、减小B2叶片来流攻角，这里基于B1通道主流/泄漏流交界面形状设计了非定常等离子体激励布局。
非定常等离子体激励诱导的体积力方向随时间不断变化。在转子转动的相对坐标系下假设一流体微元由B1叶片前缘沿主流/泄漏流交界面移动至B2叶片前缘，则非定常等离子体激励所诱导的体积力方向与该流体微元运动方向同步发生变化。根据数值仿真结果，转子叶顶与旋转扰动传播相对应的高频脉动特征频率在50％BPF附近，故非定常等离子体激励布局的激励周期设定为2倍叶片通过周期，其激励方向在一个激励周期内的变化规律遵循以下原则：
假设一流体微元耗时2倍叶片通过周期由B1叶片前缘沿主流/泄漏流交界面移动至B2叶片前缘，在流体微元出发时同时施加等离子体激励，之后流体微元移动过程中运动方向时刻与等离子体激励所诱导的体积力方向垂直。
基于该原则，提取B1通道主流/泄漏流交界面的几何形状，利用离散插值的方法提取曲线各点的法向，得到等离子体激励所诱导体积力方向在一个激励周期内的变化规律如图2所示。图2中角度是指近壁面射流与轴向的夹角，正值表示偏向正攻角方向，光滑曲线是利用正弦函数对离散插值点进行非线性拟合得到，其具体形式上文已给出，公式中各系数的数值如表1所示。根据图2 可以发现本发明所使用的函数f(t)能较为准确地表征B1通道主流/泄漏流交界面曲线法向的变化规律。
表1参数a1～a7、b1～b7、c1～c7的数值
Figure BSA0000172123960000111
图3给出了在时刻A2分别施加常规和非定常等离子体激励布局(两种布局下激励器均布置于转子叶片前缘上游5％弦长位置，所诱导形成的体积力大小均为293mN/m)，压气机流量系数随时间的变化规律。可以发现常规等离子体激励未能有效阻断压气机失速过程，施加常规等离子体激励后压气机流量系数随着失速团的发展不断降低，而非定常等离子体激励则有效阻挡了压气机失速过程，施加非定常等离子体激励后压气机流量系数先略微减小随后开始增长，最终稳定在0.518附近，说明压气机脱离了失速状态开始正常工作。该结果说明本发明所设计的非定常等离子体激励布局相对于常规等离子体激励布局具有更强的抑制压气机失速的能力。
二、实验中非定常等离子体激励布局的实现方法
在本发明的一个实例中，等离子体电源为苏曼CPT-2000K正弦交流电源，等离子体激励机匣安装在一立式压气机实验台转子叶尖。等离子体激励机匣由等离子体激励器和带槽非金属机匣组成，将4个等离子体激励器安装于非金属机匣的槽内，保证等离子体激励机匣内表面光滑。
在本发明的一个实例中，等离子体激励器的阻挡介质材料为聚酰亚胺、厚度为1mm；激励器由两组上下电极组成，两组电极间距8mm，上电极宽1mm，下电极宽4mm，电极材料均为铜，厚度为35μm，上下电极轴向间隙为0mm；激励器电极为弯曲电极，电极的形状根据数值仿真中所得到的函数f(t)的具体表达式确定。
实验中同时研究了常规和非定常等离子体激励布局抑制压气机失速的能力。实验中所采用常规和非定常激励布局示意图以及在压气机实验台上的安装如图4所示。这里使用两组等离子体激励器Actu1与Actu2以获得足够大的诱导体积力，安装时将4组同样的激励器拼接之后嵌于留有安装槽的外机匣中。如图4(a)和4(b)所示，对于常规等离子体激励布局，在上、下电极施加高压时，等离子体激励器诱导的体积力沿周向均匀分布，故压气机运转时转子叶顶区域流动受到恒定的轴向体积力作用，因此该类激励布局可称为定常等离子体激励布局。如图4(c)和4(d)所示，非定常激励布局中，等离子体激励器的几何形状沿周向呈周期性变化，其几何变化周期即决定等离子体对转子叶顶流动的激励周期，在单个激励周期内，等离子体激励器的几何形状沿周向的分布规律决定了其激励方向的变化。单个激励周期内等离子体激励器的几何形状参照图2中主流/泄漏流交界面设计，保证等离子体激励所诱导体积力的方向沿周向的分布规律符合图5，即在实验中函数f(t)表示了等离子体激励诱导体积力方向沿周向的变化规律，故自变量t为周向位置，这里Td＝2倍转子叶顶栅距，即等离子体激励所对应的非定常激励频率为50％叶片通过频率。
图6给出了激励电压为15kV时，施加常规和等离子体激励前后压压气机静压升特性的对比。相对于常规等离子体激励布局，非定常激励布局对高负荷压气机静压升系数的影响较小，其仅在1600RPM转速下使得高负荷压气机静压升系数在近失速点附近有所提高，但在1600RPM、2000RPM和2400RPM 三个转速下非定常激励均能对压气机失速实现有效抑制。表2给出了不同转速下非定常和常规激励布局在不同转速下对压气机失速裕度的影响，可以发现相对于常规等离子体激励布局，所设计的非定常等离子体激励布局具有更强的提高压气机失速裕度的能力。
表2不同转速下等离子体激励对压气机失速裕度的影响
Figure BSA0000172123960000131
/>

Claims (9)

1.一种非定常等离子体激励体积力方向变化规律的确定方法，包括下列步骤：
第一步：利用数值仿真得到近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征；
仿真采用k-ω湍流模型对p个转子通道进行计算，p＞2；单个转子通道计算网格数不少于30万，且要保证固壁面处第一层网格到壁面的无量纲距离即y+＜2；非定常数值中物理时间步长为1/m叶片通过周期，m＞30，每个物理时间步长下所迭代的虚拟时间步数为q，q＞5；仿真中所有固壁面均采用绝热无滑移壁面条件，计算域进口按实验条件给定总压；将计算域出口与静子距离设为l倍转子叶顶弦长，l＞10，出口给定大气压作为平均反压，出口的几何形状的纵剖面采用三次收缩曲线，保证曲线两端的切线方向与压气机轴向一致，仿真中通过调节机匣和轮毂的收缩曲线改变出口面积，以达到节流的目的；
第二步：基于近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征，确定等离子体激励诱导形成体积力方向的变化规律；
该变化规律的所表现的函数形式为多个正弦函数的叠加：
f(t)＝a1×sin(b1×t+c1)+a2×sin(b2×t+c2)+…+an×sin(bn×t+c7) (1)
其中，a1～an、b1～bn、c1～cn为待定参数，n由转子叶尖区域流动脉动特征决定，t为自变量，数值仿真中其含义为时间步；
该步骤具体如下：
步骤1：定义压气机机匣壁面轴向剪切力的数值由正减小为0的位置为主流/泄漏流的交界面，提取近失速点转子叶尖区域通道主流/泄漏流交界面的几何形状；
步骤2：利用主流/泄漏流交界面曲线上相邻两点的坐标(x1，y1)、(x1，y1)求得曲线的切线方向，即(y1-y2)/(x1-x2)，通过求解切线方向的正交方向提取交界面曲线在不同周向位置处的法向；
步骤3：利用离散数据点对函数f(t)进行非线性拟合，确保等离子体激励体积力的方向与主流/泄漏流交界面的法向保持一致，函数f(t)为体积力方向与轴向的夹角；
步骤4：拟合得到的公式(1)中各系数的数值。
2.如权利要求1所述的非定常等离子体激励体积力方向变化规律的确定方法，其中n＜20。
3.如权利要求2所述的非定常等离子体激励体积力方向变化规律的确定方法，其中n＝7。
4.如权利要求3所述的非定常等离子体激励体积力方向变化规律的确定方法，确定的公式(1)中各系数的数值为
Figure FSA0000172123950000021
5.一种非定常等离子体激励布局实现方法，包括下列步骤：
第一步：利用数值仿真得到近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征；
仿真采用k-ω湍流模型对p个转子通道进行计算，p＞2；单个转子通道计算网格数不少于30万，且要保证固壁面处第一层网格到壁面的无量纲距离即y+＜2；非定常数值中物理时间步长为1/m叶片通过周期，m＞30，每个物理时间步长下所迭代的虚拟时间步数为q，q＞5；仿真中所有固壁面均采用绝热无滑移壁面条件，计算域进口按实验条件给定总压；将计算域出口与静子距离设为l倍转子叶顶弦长，l＞10，出口给定大气压作为平均反压，出口的几何形状的纵剖面采用三次收缩曲线，保证曲线两端的切线方向与压气机轴向一致，仿真中通过调节机匣和轮毂的收缩曲线改变出口面积，以达到节流的目的；
第二步：基于近失速工况压气机转子叶尖区域流动特征，确定等离子体激励诱导形成体积力方向的变化规律；该变化规律的所表现的函数形式为多个正弦函数的叠加：
f(t)＝a1×sin(b1×t+c1)+a2×sin(b2×t+c2)+…+an×sin(bn×t+c7) (1)
其中，a1～an、b1～bn、c1～cn为待定参数，n由转子叶尖区域流动脉动特征决定，t为自变量，数值仿真中其含义为时间步；
该步骤具体如下：
步骤1：定义压气机机匣壁面轴向剪切力的数值由正减小为0的位置为主流/泄漏流的交界面，提取近失速点转子叶尖区域通道主流/泄漏流交界面的几何形状；
步骤2：利用主流/泄漏流交界面曲线上相邻两点的坐标(x1，y1)、(x1，y1)求得曲线的切线方向，即(y1-y2)/(x1-x2)，通过求解切线方向的正交方向提取交界面曲线在不同周向位置处的法向；
步骤3：利用离散数据点对函数f(t)进行非线性拟合，确保等离子体激励体积力的方向与主流/泄漏流交界面的法向保持一致，函数f(t)为体积力方向与轴向的夹角；
步骤4：拟合得到的公式(1)中各系数的数值；
第三步：依据函数f(t)的曲线，获得弯曲的等离子体激励布局；
即等离子体激励器的几何形状沿周向呈现如函数f(t)所表现出的周期性变化，其该几何变化周期即决定等离子体激励对转子叶顶流动的激励周期，在单个激励周期内，等离子体激励器的几何形状沿周向的分布规律决定了其激励方向的变化；单个激励周期内等离子体激励器的几何形状参照主流/泄漏流交界面设计，保证等离子体激励所诱导体积力的方向与主流/泄漏流交界面法向一致，激励器的具体几何形状由函数f(t)确定。
6.如权利要求5所述的非定常等离子体激励布局实现方法，其中n＜20。
7.如权利要求6所述的非定常等离子体激励布局实现方法，其中n＝7。
8.如权利要求7所述的非定常等离子体激励布局实现方法，确定的公式(1)中各系数的数值为
Figure FSA0000172123950000041
9.如权利要求5-8的任何一项所述的非定常等离子体激励布局实现方法所实现的非定常等离子体激励布局，其中
等离子体激励器的阻挡介质材料为聚酰亚胺、厚度不小于1mm；激励器由不少于两组上下电极组成，两组电极间距是下电极宽度的2～2.5倍，下电极宽度是上电极宽度的4倍以上，电极厚度不大于35μm，上下电极轴向间隙为0mm；激励器电极为弯曲电极，电极的形状根据数值仿真中所得到的函数f(t)的具体表达式确定；
等离子体激励器的几何形状沿周向呈周期性变化，其几何变化周期即决定等离子体对转子叶顶流动的激励周期，在单个激励周期内，等离子体激励器的几何形状沿周向的分布规律决定了其激励方向的变化；单个激励周期内等离子体激励器的几何形状参照主流/泄漏流交界面设计，保证等离子体激励所诱导体积力的方向沿周向的分布规律与函数f(t)表示的等离子体激励诱导体积力方向沿周向的变化规律一致，故实验中自变量t为周向位置；等离子体激励几何变化的周期由转子叶尖流动非定常脉动频率决定，非定常脉动频率记为1/Td倍的叶片通过频率，其中Td是正整数，则等离子体激励的几何变化周期即为Td倍转子叶顶栅距。
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