某型航空发动机低压转子卡滞故障分析研究

针对某型航空发动机起动过程中,高压转子转速N2达到30%左右时,低压转子出现转速N1卡滞(转速小于4%)故障、低压涡轮后温度T6出现超温故障的问题,结合试车数据分析了低压转子卡滞故障的特征,建立了低压转子卡滞的故障树,以故障发动机与未发生故障发动机的相关数据作为样本空间对风扇位置卡滞分析与低涡轮位置卡滞分析,最终确定低压转子卡滞故障的主要原因和解决措施。     

航空发动机腔内积油引发振动故障分析

针对在某发动机试车从起动到慢车过程中以及在慢车运转一段时间后,突发振动总量增大和嗡鸣声的故障,通过对整机振动测点所测振动信号进行分析和模态试验,排除了气动因素以及结构件共振等因素,认为是该发动机转子腔内有积油,积油在一定转速范围内发生自激振动,导致整机振动幅值较大,并最终造成发动机转静件间发生碰摩。通过在转子腔上开甩油孔的方式,以使积油在转子运转过程中可以甩出,在其后试车过程中振动正常,该故障得以排除。     

空气涡轮起动机与APU引气共同工作特性匹配

正空气涡轮起动机(ATS)是现代大型民航客机发动机的主要起动系统,用于飞机发动机地面油封、启封、冷运转、假起动和空中辅助起动时带转高压转子,确保按照发动机需要将发动机高压转子带转到预定转速。空气涡轮起动机输出功率受进口气流参数的影响,进口气流参数又受APU引气特性的影响,而APU引气特性受到大气温度和海拔高度的影响。ATS与APU的共同工作特性匹配对发动机的起动性能具有较大的影响,若匹配不好,会导致     

航空发动机高压转子转速摆动故障分析与排除

针对某型发动机高压转子转速摆动故障,详细分析了油门杆稳定时地面和空中多次出现高压转子转速无规则摆动、其 他参数随动的故障现象,阐述了高压转子转速受综合电子调节器、燃油系统、转速调节系统等控制的控制原理,剖析故障机理,制 定了故障树。结合故障树,列举了进口温度感受附件、综合电子调节器、燃油系统、转速调节系统等4种故障。采用故障树分析法 找出故障原因,分析薄弱环节。经对4种故障原因逐条分析,排除了进口温度感受附件、综合电子调节器、燃油系统等因素,确定 转速调节系统中加速控制器未完全退出工作是转速摆动的原因。针对波动量较大的发动机,调整加速性至合理范围,进行地面试 车和飞行等外场排故验证。结果表明：发动机工作参数正常,高压转子转速摆动现象消失,发动机推力稳定。故障得以排除。     

一种通用涡轴发动机起动过程建模方法研究

涡轴发动机可靠、快速的起动过程是进入驱动旋翼飞行器安全工作的前提,高置信度的发动机起动过程模型不仅可以对起动过程进行分析与优化控制,而且减少了代价昂贵的发动机台架试车次数。本文针对起动过程复杂非线性特性的建模难题,提出一种通用的建模方法:即基于级累叠方法,根据进口条件计算各级气体流动参数来获得压气机低转速特性数据,同时根据相似原理外推出燃气涡轮、自由涡轮低转速部件特性,并将冷转动模型和部件级模型相结合。最后,建立了涡轴发动机起动模型,进行了地面状态起动过程的数字仿真,并与试车数据进行对比,最大误差小于10%,结果表明所建立的模型能准确模拟涡轴发动机的起动过程。     

基于转速变化率控制的涡扇发动机地面起动试验研究

首先介绍了转速变化率起动方案,然后介绍了试验对象、测量方案、试验内容及数据处理,最后对采用转速变化率控制的涡扇发动机地面起动进行了试验研究。结果表明:起动过程转子转速上升平稳,排气温度较为理想,起动机脱开和功率提取对转速变化率影响较大;起动成功率高,且起动时间和排气温度有较大的裕度,起动性能可进一步提升;热态起动前若发动机通道内余温较高,可能导致起动失败。     

一种简化可移动式地面试车台

针对某型涡扇发动机 ,介绍了一种简化可移动式地面试车台。该设备采用牵引四轮结构 ,外形尺寸为 5 .5 m× 1 .5 m× 2 .2 m,自重 <4.5 t。具有独立的电气测控系统 ,可以测量转子转速、压气机出口压力、排气温度等参数。在油罐车和电源车的配合下 ,能够对某涡扇发动机在地面进行开车油封以及发动机起动和慢车等工作 ,并且可以实现对发动机状态全过程的多参数记录。该设备成功地应用于某型涡扇发动机高原实验研究 ,为研究大气压力降低对发动机起动的影响提供了关键设备 ,文中给出了部分试验数据。     

涡扇发动机可调静子叶片控制规律研究

航空发动机高压压气机采用可调静子叶片,可改善高压压气机的工作特性,扩大喘振边界,保证发动机稳定工作;通过优化可调叶片角度控制规律,还能提高发动机性能。基于双转子涡扇发动机的试车数据,介绍了可调叶片角度的控制方法,研究了可调叶片角度在低转速和高转速时的控制规律,分析了打开可调静子叶片角度对发动机性能的影响。研究表明,高压转子转速较高时,通过调节可调静子叶片角度,可以降低高压转子的物理转速,增加转子转速裕度,降低机械负荷,增加发动机在翼使用时间。     

大型发动机转子本机平衡技术试验研究

在没有高速动平衡机的情况下,对大型航空发动机风扇转子进行平衡,需要采用叶片质量矩优化排序来完成初始平衡,之后在试车台进行本机平衡的方法。分析了某大型发动机在试车中的本机平衡过程,认为在发动机没有发生碰摩等故障,且整机振动未危及安全的情况下,本机平衡转速应尽可能提高。以发动机叶片监测系统所测磁钢信号为基准,利用1次试加配重,通过振动相位和幅值的变化,来确定转子原始不平衡量的大小和方向。试验结果表明,利用该方法进行平衡后,发动机整机振动明显减小,符合发动机试车的要求。     

民用涡扇发动机起动过程改进的分段组合控制计划研究与试验

针对某型民用涡扇发动机,将n-dot闭环控制算法应用于涡扇发动机起动过程,设计了涡扇发动机起动过程开环与闭环分段组合的控制计划,仿真表明:涡扇发动机起动过程采用n-dot闭环控制算法在初始阶段会出现参数摆动的情况.为此,基于油气比作控制变量进行消喘的原理,对n-dot闭环控制算法进行了改进,以消除起动初始阶段的参数摆动.试验结果表明:改进后的分段组合的控制计划能够有效抑制参数摆动现象;并且,对于不同大气条件的起动测试,起动过渡态过程高压转子转速的数值差距不大于1.0%,延时不超过0.9s;而对于不同飞行状态的起动测试,起动过渡态过程高压转子转速的数值差距不大于1.0%,延时不超过1.2s,具有良好的稳定性和重复性.      

航空发动机转子泵阻力矩特性计算方法

在航空发动机研制过程中,需要确定起动过程中的附件机匣传动附件的阻力矩与转速的关系,以便利总体起动方案设计。研究了航空发动机中常用的转子泵起动过程阻力矩计算方法,给出了1种阻力矩特性计算方法,并计算了某型航空发动机转子滑油泵组起动过程的阻力矩。     

航空发动机主燃油执行机构容错控制

为了在主燃油计量活门位移传感器出现故障时仍能实现航空发动机全包线范围内的转速自适应控制,根据航空发动机转速自适应控制原理提出了一种基于零极点配置原理的容错控制方法,根据高压转子转速控制计划与实测转速之间的误差对主燃油控制电液伺服阀电流进行闭环运算,并运用零极点配置原理将控制参数与转速自适应控制相融合,参数在全包线范围内随发动机状态变化进行自适应调整,通过半物理模拟试验对该容错控制方法进行了验证。结果表明：该容错控制方法能够在全包线范围内保证数字电子控制系统稳定工作,并具有较好的稳态和动态性能,发动机高压转子转速稳态波动量在±0.15%以内,超调量和下降量分别在0.63%和0.61%以下,而且容错控制方法实施方便、自适应性强,对提高航空发动机数字电子控制系统的工作可靠性具有重要作用。     

面向对象的航空发动机控制系统仿真

在面向对象的发动机性能仿真平台基础上,建立了1个通用的航空发动机控制系统仿真平台;利用此仿真平台,构建了某涡扇发动机的高压转速阶跃控制系统,整定了全包线内PID控制器参数,并模拟发动机超温、超压、超转状态进行了仿真。仿真结果表明:高压转子阶跃响应能在保证不超温、不超压、不超转的前提下,达到了调节时间小于1 s,超调量小于5%的性能指标。     

航空发动机压气机静子通道压力信号时频特征

进行发动机整机试验,获取了压气机第一级静子通道内的压力信号.通过时频分析,从压力信号中辨识出了以550 Hz和2200 Hz为中心的时频结构;辨识出了压气机前3级转子叶片通过频率信号及它们的一些和频、差频信号.同时,还观察到在试验发动机减速过程中,放气带打开前,压气机前3级转子的叶片通过频率信号及它们的一些和频、差频信号幅度显著增强,这表明减速过程中压气机第一级转子尖区的流动分离逐渐趋于严重.因此,监控压气机静子通道压力信号时频特征的变化,可以获得特定的压气机转子的流场信息,从而为压气机稳定性控制提供重要依据.      

4 级重复级低速模拟压气机的试验与计算

低速模拟试验技术为航空发动机高压压气机设计体系的发展完善以及关键技术验证提供了重要手段。为了验证和完善低速模拟试验技术,对1台模拟某高压压气机后面级的4级重复级低速大尺寸压气机进行了详细的试验研究,并利用小尺寸高精度5孔气动探针获得了详细的转静子出口流场数据。试验结果表明:该4级压气机实现了典型的重复级流动,较好地模拟了高速原型的流动特征,随着流量系数的减小,静子尾迹均匀增厚,未出现角区失速,流场组织合理。基于试验数据对常用的CFD软件进行校验,表明CFX、Numeca和Turbo在叶片落后角、转子叶尖泄漏和静子损失等方面模拟存在不足。     

喷管喉道面积变化对大涵道比分排涡扇发动机性能的影响

使用Gasturb软件计算和分析了大涵道比分排涡扇发动机内、外涵喷管喉道面积变化对发动机性能的影响。在低压转子换算转速一定的控制规律下,研究了某型发动机喷管喉道面积变化对发动机转差、裕度、涡轮进口温度、推力、耗油率的影响。经过对比这些相互关系,可以得到1个最合理的内、外涵的喷管面积,从而指导用户最大限度地优化发动机的性能和延长发动机的使用寿命。     

航空发动机喘振引起转子系统横向载荷的确定方法

对喘振引起的转子系统的横向载荷进行了研究,对发动机喘振过程中的压力脉动信号进行FFT分析和相关分析,识别出旋转失速时失速团的旋转速度,推断出整个截面的压力分布,进而得到了喘振对转子的横向作用力。     

航空发动机高原起动性能改善措施

为了解决航空发动机高原起动超温和转速悬挂等问题,以某型航空发动机起动过程为研究对象,根据高原环境对发动机起动过程的影响进行理论分析,提出了优化高原起动措施,并进行了高原试验验证,摸索出各措施对起动过程的影响程度。结果表明:在发动机起动过程中采用飞机卸载的方式可使排气温度降低3%,起动机脱开转速提高3%;起动机功率提高约1%,点火转速及脱开转速提高约2%,起动时间缩短约8%。     

Experimental study of rotor blades vibration and noise in multistage high pressure compressor and their relevance

Rotor blades fault of aeroengine compressor is mostly caused by mechanical and aerodynamic excitation. And the excitation factor of high intensity sound wave to rotor blades should not be ignored. Experimental researches are conducted on a multistage high pressure compressor. When high level vibration occurs on the first stage of rotor blades, the noise spectrum presents typical characteristic for discrete multi-tone in the compressor. The amplitude of blade vibration displacement and the sound pressure level of characteristic frequency noise increases and decreases simultaneously and reaches the maximum value at the same time. This frequency merely occur on a certain speed range and is locked in a specific range which presents no variation with the rotating speed. When high level vibration occurs on the first stage of rotor blades, the noise spectrum presents a sharp peak and the propagation state of the characteristic frequency is a helix structure in the compressor. It can be confirmed that acoustic resonance occurs in the multistage compressor. The acoustic resonance frequency and its side band frequencies are generated by modulation of a rotating noise source at the rotor speed which is the excitation source of the rotor blades vibration.     

基于改进牛顿法的航空发动机起动建模技术

为进行涡扇发动机起动过程性能仿真研究,在发动机慢车以上部件级模型的基础上,通过指数外推法获得低转速部件特性,在建立起动附件模型的同时,修正起动过程各部件总压恢复系数,从而建立起包含地面起动过程的全状态性能模型。在求解发动机各部件共同工作非线性方程组时,采用基于传统牛顿拉夫森迭代求解方法的改进方法,即在第1次完成中心差分得到Jacobian矩阵后,使用修正项迭代更新上一步的Jacobian矩阵。结果表明:该建模方法可以有效地建立起动过程性能模型,并大幅改善模型的执行效率、提高模型仿真求解速度。