本综述从航空发动机轴流压气机部件视角出发，系统梳理飞行器进气道与压气机流动匹配问题的研究历程，重点分析进气非均匀性对压气机的影响。围绕“问题产生-量化方法-建模工具-仿真工具”的主线脉络，结合飞行器-发动机一体化设计新趋势带来的挑战，归纳了上世纪50年代以来轴流压气机领域在理论建模、实验方法与数值仿真方面的研究范式演进，为下一代飞行器推进系统中保障压气机“吸气安全”设计提供经验总结与技术展望。

中文标题：当飞机的“呼吸”不再顺畅：航空发动机进气-压缩系统的相容性挑战

英文原题：A Review on Aero-Engine Inlet-Compressor Integration and Inlet Flow Distortion in Axial Compressors

通讯作者：

董旭，北京航空航天大学航空发动机研究院

第一作者：

李真宇，北京航空航天大学能源与动力工程学院

孙大坤，北京航空航天大学能源与动力工程学院

关键词：

进发匹配，进气畸变，进气道，轴流压气机，流动稳定性

背景介绍

航空发动机进气道与压气机相容性研究：挑战与进展

现代飞机发动机离不开进气压缩系统，该系统通常以进气道和风扇/压气机作为主要组成部分。进气道与发动机之间的相容性问题，尤其是因进气不均匀而引发的风扇/压气机部件“进气畸变”，始终是影响推进系统安全与稳定的核心挑战之一。

这一问题的复杂性与紧迫性，源于现代飞行器总体设计的变革。在军用领域，为满足隐身与紧凑布局的要求，S弯进气道等复杂构型被广泛采用，其内部流动分离与复杂涡结构导致出口流场均匀性变差。在民用领域，减重增推目标带来更短的短舱进气道设计趋势，这使得外部流场环境愈发容易影响进气品质；而为实现更高经济性，混合翼身布局与边界层吸入构型的兴起，意味着发动机必须直面机体表面低速、紊乱的边界层气流。此外，在宽速域飞行器概念中所采用的组合动力发动机构型，也会带来新型进气畸变问题。可以说，无论是军机还是民机，都将在可预见的未来发展方向中面临着独特的进发匹配考验。

研究成果

进-发相容的关键：流量匹配与流场匹配

要考虑进气道发动机兼容性问题，核心在于实现两个层面的匹配：其一是“流量匹配”，确保进气道能提供发动机能获得所需的进气流量，相当于让发动机“吃得饱”，这通常由推进系统总体设计与各子部件早期一维设计阶段共同关注；其二是“流场匹配”，一方面，进气道设计方通过优化设计与流动控制使进入进气道发动机气动交界面（AIP）的气流尽可能均匀，相当于让发动机“吃得好”；另一方面，压气机设计方通过流道叶片造型优化与流动稳定性调控让压气机在进气状态不佳时也能稳定高效工作，相当于让发动机“能消化”进气气流。

进气畸变从哪来？如何量化？

由于飞行器用途与设计方案的多样性，现代航空器所采用的进气道形式千差万别。这一特点直接导致了传递至压缩系统部件进口圆截面的流动在形式与特征上呈现出显著差异。为系统地表征进气品质并量化畸变影响，在压气机数十年研究历程中，以SAE系列规范为代表的多种进气畸变评估体系应运而生。这些规范体系通过建立标准化的测量或计算流程，为准确评估畸变程度、预测压气机在非均匀进气条件下的性能变化提供了平台。

压气机部件的关切：如何分析复杂来流造成的影响？

在计算机性能有限的时代，平行压气机理论、流线曲率法、激盘模型和线性化小扰动模型等基于物理洞察的理论方法，为早期设计分析提供了重要支撑。随着计算流体力学的成熟，基于雷诺平均的数值模拟方法已成为工程中研究压气机内流特性与性能评估的不可或缺的工具。此外，以大涡模拟和脱体涡模拟为代表的数值方法，也逐渐应用于捕捉流动中的非定常结构、流动模态与复杂涡系演化，为理解复杂流动提供了更高层次的视角。在实验研究方面，高分辨率非接触光学测量技术不断发展，为流场诊断与理论仿真分析提供了重要支持。图1从年代与计算量需求两个维度出发，较为系统地总结了70年来压气机技术发展历程中曾占有一席之地以及方兴未艾的建模理念或仿真技术。

图1：压气机仿真与建模体系发展历史与现状阶梯图

未来方向

“飞发一体化”设计趋势：

面向未来飞行器“飞发一体化”设计趋势，在气动层面，更需进一步深化复杂进气道与压缩系统的耦合研究。这不仅需要从基础研究层面完整阐释各子部件间的定常与非定常相互作用，形成系统级的物理认知；更需要在工程层面进一步发展并完善跨部件耦合的一体化设计流程与范式，将飞发融合理念贯穿于整个设计体系。

未来航空发动机“数字孪生”体系建设：

随着计算能力提升与先进流场测量技术的发展，高保真数值模拟方法、新的建模理论与高分辨率流动测量诊断技术为进发匹配领域的基础研究与工程应用提供了三个重要视角，将进一步推动在数字孪生技术体系中实物测试与虚拟模型的有机融合，为基础研究与工程应用引领新的篇章。

引用本文

Zhenyu Li, Dakun Sun, Xu Dong, et al. A Review on Aero-Engine Inlet-Compressor Integration and Inlet Flow Distortion in Axial Compressors. Fundamental Research. 5(6) (2025) 2784-2798.

原文链接 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001316

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