进气畸变下航空发动机失速/喘振适航审定方法

航空发动机失速/喘振问题是适航审定的重要内容之一,针对失速/喘振适航审定方法开展研究具有重要的工程价值。根据中国民用航空规章(CCAR)《航空发动机适航规定》中关于航空发动机失速/喘振的基本要求,从进气畸变对发动机失速/喘振裕度的影响角度出发,以平行压气机模型为基础对某型航空发动机通用特性及失速裕度进行预估,计算结果与实验值仅相差不到1.5%;然后采用三维数值方法计算了进气迎角以及畸变范围变化下多种工况的进口畸变流场,对比分析后总结出航空发动机喘振裕度-进气畸变-飞行状态(迎角)三者之间的变化规律,发展了极限飞行姿态的判定方法;最后,结合中国民用航空规章的相关文件,制订了针对航空发动机失速/喘振的适航审定流程。     

基于声压信号的某型涡轴发动机喘振识别

为了识别某型涡轴发动机喘振时的特征,通过进气畸变方式开展了某型发动机台架试车逼喘试验,利用声压传感器测量采集了轴流压气机和离心压气机两侧的声压信号。对声压信号进行测试环境与背景噪声修正,再采用时频分析方法实现了对由于进气减少引起的压气机叶片失速团特征和低频喘振特征的检测,并采用小波低频重构声压信号方法实现了某型涡轴发动机喘振信号的提取与识别。结果表明：随着进气的增加,轴流压气机和离心压气机转子频率处声压信号幅值会降低,同时会产生失速团,轴流压气机右侧能最先监测到喘振,喘振频率约为60 Hz。     

风扇/压气机失稳辨识系统设计与验证

失速和喘振是航空发动机试验中常遇的两类气动失稳现象,为保障发动机零部件试验安全运转,必须对失速喘振信号进行在线检测控制。根据零部件试车台架的需求,设计了失速喘振辨识算法并对影响辨识算法的关键因素进行了分析,通过小型嵌入式系统为硬件平台实现了失稳辨识系统在线检测功能。该失稳辨识系统具有体积小、实时性强、抗干扰能力强的特点。在多个型号零部件试验件的应用表明,该系统能有效识别发动机深度失速和喘振状态,满足航空发动机风扇/压气机对失速喘振在线检测控制的要求,具有较高的工程应用价值。     

某型发动机压气机最先失速级判定的试验研究

针对某型发动机旋转失速 /喘振问题 ,通过试验的方法 ,寻找引起该型发动机失速起始级和在叶片上的位置 ,并利用 Matlab语言编写了试验数据处理程序。根据发动机失速的机理 ,提出了失速级的判别准则 ,利用频谱分析和时域分析的方法 ,对试验数据进行了处理与分析 ,结果发现该型发动机最先在第三级叶片上发生失速 ,且为全叶高失速     

涡扇发动机动态过失速数值模拟

为模拟涡扇发动机的动态过失速过程,发展了一种二维非定常的数值计算方法,通过给定不同的发动机初始工作点和扰动,实现了对涡扇发动机进入、退出喘振和旋转失速过程的模拟。计算结果表明,发展的数值模拟方法能够反映出喘振和旋转失速的基本特征,可以预测喘振信号的振荡频率、强度,以及旋转失速团的传播频率和失速团沿发动机流路的发展;当旋转失速完全发展时,发动机内部各个位置处的失速团具有相同的周向传播频率,但是强度不同,发动机进、出口处的失速团信号最弱,压缩部件进口和低压涡轮出口处的失速团信号最强。     

航空发动机过失速及退喘模型研究

针对涡喷和涡扇发动机,通过求解带源项的2维欧拉方程组,发展了模拟发动机整机过失速及退喘动态过程的理论模型,实现了2种发动机稳定状态-喘振/旋转失速-退喘动态过程的模拟。分析了某单轴涡喷发动机算例,模拟结果展现出喘振和旋转失速相应的基本特征;对某小涵道比双轴混排涡扇发动机进、退喘模拟结果进行分析,发现风扇与压气机均发生了喘振,且喘振频率相等,并最终都恢复至稳定状态。     

加力涡扇发动机喘振与消喘模拟

基于气动耦合原理,发展了涡扇发动机风扇出口分流环计算模型,并进一步基于多级轴流压气机系统的逐级单元控制体模型,建立了混合加力涡扇发动机喘振及其喘振消除的数值模拟方法,并将其应用于某型全台加力涡扇发动机过失速特性模拟。在加力状态下采用收小尾喷管喉道面积诱导了风扇压气机过失速—喘振过程,并给出了预先对加力燃烧室实施切油消除风扇压气机喘振数值模拟结果。      

某发动机压缩系统喘振与消喘控制的模拟分析

应用逐级动态压缩系统模拟技术，对某型发动机核心压气机系统的过失速－喘振行为进行了模拟分析，发展了相应的控制主燃烧室切油速率的消除喘振方法，结果表明，主燃烧室切油速率是实施喘振消除的关键，但伴随着压缩系统喘振的消除，发动机涡轮进口总温迅速下降，这将对发动机性能产生不利影响。     

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。     

发动机动态压力畸变试验方法

本文介绍了一种发动机动态压力畸变试验方法。试验在地面试车台上进行。在发动机前面安装插板式动态压力畸变发生器。当发动机吸气时,气流在发动机进口产生动态压力畸变,畸变严重时,发动机会失速喘振。在发动机进口改装高响应米字测压耙,耙上有４０个动态压力传感器和４０个稳态压力测量皮托管,以测量动态压力畸变数据。在高压压气机和低压压气机出口改装动态压力传感器,探测压气机失速喘振信号,以便发现失速喘振后,迅速退出     

基于喘振裕度估计模型的发动机高稳定性控制

为解决超机动飞行中发动机喘振裕度不可测量的难题,提出一种发动机喘振裕度的建模方法.喘振裕度的模型分为常规飞行时的无畸变模型与超机动飞行时的损失量模型两部分.无畸变模型是基于喘振裕度特征选择算法筛选最优模型输入,以非线性拟合方法建模实现;损失量模型则基于在线攻角预测模型实时评估发动机进口畸变度,进而计算获得.而后利用上述估计模型对发动机的稳定性进行实时预测,在不改变发动机原控制回路的基础上,对涡轮落压比控制指令进行喘振损失补偿,实现高稳定性控制.最后,通过大攻角机动飞行的数字仿真,验证了上述方案可以准确控制发动机喘振裕度在11%~13%,保证了发动机工作的稳定性和高效性.      

基于台架试验的涡轴发动机喘振发生位置规律

为了探究某型涡轴发动机喘振发生位置规律,采集并分析了台架喘振试验时进气道、轴流压气机叶尖、轴流压气机出口和离心压气机出口的压力信号。采用连续小波时频变换对压力信号进行特征提取,以小波系数作为喘振信号特征,阈值为小波系数最大值的10%,结果表明:某型涡轴发动机的轴流压气机总是比离心压气机先发生喘振,喘振在轴向上由进气道向离心压气机传递的同时,在周向上也沿着压气机转子叶片旋转方向传递。对某型号发动机进行实时喘振监测时,监测轴流压气机能比监测离心压气机更早发现喘振,在后续某型涡轴发动机改型设计时,可增加轴流压气机的喘振裕度来提升整机防喘能力。      

某型发动机喘振特征分析及消喘系统验证试验

分别采用吊舱进口安装扰流板和提高发动机慢车以上状态供油量进行某型发动机地面逼喘试验,研究了两种方法的特点,分析了喘振过程中发动机参数变化情况和喘振原因.结果表明,安装扰流板间歇缓推油门杆和提高供油量快推油门杆逼喘试验均能够有效反映干扰因子对发动机稳定性的影响:安装扰流板后的加速过程中,总压畸变和空气流量减少引起喘振,前者是主要因素,风扇先喘压气机后喘;提高供油量后的加速过程中,燃烧室油气比始终偏大,稳定工作裕度降低,高压燃气堆积并堵塞了空气流,压气机和风扇先后喘振.喘振过程中消喘系统可靠投入工作.获得了该型发动机的临界畸变指数.为该型发动机空中逼喘试验及稳定性评定奠定了基础.      

一种涡扇发动机喘振信号判定方法

针对涡扇发动机工作特点,设计了一种发动机喘振信号判定方法。以大量发动机试车数据和飞行试验数据为依据,采用一种新的判别方法来判定发动机工作状态。结合飞行器的综合控制系统,可以以最小的代价来实现发动机退出喘振工况。该方法充分考虑了工程应用的特点,具有很低的漏报率和虚报率。发动机地面试验验证和飞行器的飞行试验验证结果表明,该方法工作可靠。     

Numerical simulation method of surge experiments on gas turbine engines

In order to obtain the surge margin of an aero-engine during its operation, an engine surge experiment is required. A multi-dimensional simulation method for an aero-engine is established in this paper. The simulation of a surge experiment using high-pressure air-injection is then carried out on a turbo-shaft engine to obtain the surge boundary using this method. More specifically, firstly, a body-force model is employed to calculate the compressor performance owing to its capability of capturin...     

航空发动机消喘控制系统设计与试验

研究了航空发动机消喘控制系统的设计方法、航空发动机逼喘试验方法、消喘控制器在回路的数字仿真,并在发动机台架和飞行台上进行了发动机消喘控制系统的试验验证.试验结果表明:通过有效的控制器在回路的数字仿真试验,可以优化控制参数,设计一套可靠的发动机消喘控制系统.      

畸变条件下航空发动机喘振/失速适航符合性方法

为研究畸变条件下航空发动机对喘振/失速特性适航条款的符合性验证方法,将用于发动机稳定性评定的畸变试验方法应用于适航领域。以某型大涵道比涡扇发动机为研究对象,采用数值模拟方法研究了其在0°～30°迎角条件下的部件特性,并依据所得畸变图谱设计了不同结构的畸变发生器。结果表明:所设计的畸变发生器可以在一定程度上较好地模拟出不同迎角工况的畸变图谱、风扇的气动特性及流场特征,喘振裕度最大偏差4.32%。总结出发动机喘振裕度与不同迎角和畸变发生器之间的变化关系,用以确定适航条款要求的稳定工作范围。依据中国民用航空规章,发展了一种进气畸变条件下航空发动机喘振/失速特性符合性验证方法,并明确了其在型号合格审定过程的任务阶段。      

发动机空中插板逼喘试验研究

发动机飞行试验台进气扰流装置由一组安装在被试发动机吊舱进气道内的插板组成,通过安装不同数量的插板可以在被试发动机进口造成10%~60%的6种堵塞比。通过采用在发动机飞行台试验吊舱进气道上安装进气扰流装置对被试发动机进行逼喘试验,探讨了飞行台发动机插板逼喘试验的试验程序和方法。为进行被试发动机空中插板逼喘试验,测量被试发动机进口流场压力分布,对发动机飞行台试验吊舱的过渡段壁面加装了静压座,并安装了总压测量耙,对被试发动机进口的总压、静压及动态压力进行测量.在试验过程中,首先进行均匀流场地面试验,获得均匀来流下被试发动机进口总压流场,然后再安装30%、40%及50%的插板进行被试发动机地面逼喘试验,最后安装40%的插板进行被试发动机空中逼喘试验。研究了在航空发动机飞行试验台上采用插板方式进行逼喘试验的方法,包括试验设备、测试方法、试验程序,并对地面和空中试验的结果进行了简要的分析。     

进气道喘振诱发因素及其可靠性分析

针对飞机进气道的典型故障-喘振的诱发因素进行全方位的分析论证，并为从事航空工程的人员提供一种对动力装置整体性能进行可靠性评估方案，篇末对世界上比较先进的进气道气动设计思想及其喘振机理进行分析，可以为飞机设计师在设计飞机过程中具体分析问题提供一定的参考。