涡扇发动机起动过程气动稳定性的数值计算

1引言国内外发表的关于燃气涡轮发动机起动过程的研究论文很少涉及燃气涡轮发动机起动过程气动稳定性的研究[1~3]。由于起动过程发动机的共同工作线非常靠近喘振线,起动极易诱发发动机出现失速或喘振现象,因此,有必要对燃气涡轮发动机起动过程的气动稳定性问题进行深入的研究。     

新研民用涡轴发动机起飞状态喘振试验

为了深入研究大功率、高风险状态下喘振对发动机安全工作的影响，以某新研民用涡轴发动机为平台，采用从外部向压气机出口快速引入高压空气的逼喘方法，完成了起飞状态整机喘振试验研究，综合分析了喘振过程非定常流、固、热、声耦合现象。试验结果表明，起飞状态喘振时，发动机出现多次明显的放炮、喷火、冒烟等现象，气流参数大幅波动；受燃气温度较高的影响，起飞状态喘振一旦发生可短时引发数次喘振；发动机控制系统采用合理的燃油控制规律和导叶角度偏离诊断策略，可有效缓解喘振时燃气超温现象，帮助压气机导叶角度快速恢复和发动机退出喘振；喘振时发动机转子基频幅值没有明显变化，机匣径向振动总量未超过限制值。试验验证了发动机具备承受起飞状态喘振的工作能力。     

飞机燃气涡轮发动机高周疲劳研究计划

高周疲劳亦称高循环疲劳,它是由各种气动机械源诱导的振动应力引起的,其频率在每秒几千个循环以上。HCF在飞机燃气涡轮发动机上是一个普遍的现象,在历史上它已经导致发动机重要部件(风扇、压气机和涡轮)的过早故障,在某些情况下会导致发动机和飞机的损失。     

进气畸变对压缩系统稳定性影响的数值模拟

采用基于平行压气机理论的准一维时间相关模型方程以及激盘－滞后－容积的压气机级模型，研究了进气畸变对航空燃气涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的影响,在一定物理转速和流量条件下的压气机稳态工作点参数则采用级堆叠方法进行计算。对总压畸变、总温畸变等进气条件下压气机稳定工作边界的变化进行了计算分析，结果表明进气总压畸变和进气总温畸变对发动机稳定性有很大的影响，畸变进气使得压气机稳定工作边界在压所机的特性图中向右下方移动，降低了发动机的喘振裕度。     

航空发动机防喘技术和几种典型发动机的防喘措施

自涡轮发动机问世以来,喘振就引起人们的广泛注意,这是由于喘振一直严重地干扰着发动机的发展,发动机喘振时,压气机出口总压和流量出现大的振荡,可能使压气机叶片被打坏.其次涡轮前温度急剧上升,使涡轮     

WZ-5发动机改装高温涡轮的试验研究及分析

WZ- 5发动机改装 WJ5A- 1发动机的高温涡轮,在工程上单台发动机总寿命已安全运行达 10 0 0 0 h,现已证明 :结构设计及改进是成功的;WJ5A- 1发动机的前二级燃气涡轮与压气机基本上是匹配的;燃气涡轮第一级导向器与动力涡轮导向器面积调整是合理的;在相对换算转速为0.95时,其喘振裕度与 WZ- 5发动机基本上一样;动力涡轮导向器面积总共放大了 5.32 %,对燃气涡轮特性没有带来很大影响。      

涡轮轴断裂条件下的涡扇发动机性能建模

为了研究双轴混合排气涡扇发动机高压轴断裂失效后的动态性能，建立了轴断裂条件下涡扇发动机过渡态的共同工作方程，以及各部件考虑容积效应和气体惯性力的模型部件。在此基础上，分析了地面起飞状态和巡航状态下涡扇发动机高压轴断裂后发动机气路参数的瞬态响应规律和机理。研究表明:涡扇发动机高压轴断裂会在不超过05s的时间内导致压气机喘振、涡轮前温度超温、涡轮转速超转等继发性危害事件。在不同飞行状态下出现的轴断裂，上述事件发生的先后次序各不相同。尤其在地面起飞状态下，涡轮超转事件极可能先于压气机喘振现象而发生，012s内涡轮即可达到其破裂转速。这些都需要在航空发动机被动安全设计中给予足够的重视。      

双转子发动机含喘振的动态模型

为了满足现代飞机高性能的要求,应尽可能提高发动机的最大推力,从而使压气机喘振裕度下降。当发动机遇到恶劣的工作条件时,如飞机机动飞行引起进气道畸变,加力燃烧室点火,发动机吸进发射火炮或导弹产生的废气等,可能引起发动机气动力不稳定,即喘振或失速。喘振时,压气机出口总压和流量出现大幅度振荡,涡轮前总温急剧上升,发     

某型涡轴发动机台架试车喘振故障分析

压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率(通常只有几赫或十几赫)、高振幅(强烈的压强和流量波动)的气流振荡现象.一旦出现喘振,发动机音调低而沉闷,并伴有非常强烈的机械振动,会使压气机叶片断裂,引起发动机熄火停车,严重威胁发动机安全工作,因此,在使用中应避免喘振现象发生.     

进气畸变对发动机压缩部件气动稳定性的影响

发展了一种在发动机环境下评定航空涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的数学物理模型。压缩系统模型采用基于平行压气机理论的准一维时间相关模型方程以及激盘-滞后-容积的压气机级模型，稳定性模型则采用了对整个压缩系统统一判别的方式。计算过程与发动机非设计点性能计算相关联，使得压缩系统稳定性分析在真实的发动机运行环境（调节规律）下进行。研究了进气畸变对航空燃气涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的影响。对总压畸变进气条件下压气机稳定工作边界的变化进行了计算分析，结果表明，进气总压畸变对发动机稳定性有很大的影响，使得压气机稳定工作边界在压气机的特性图中向右下方移动，降低了发动机的喘振裕度。发展的数学物理模型可以正确地反映发动机压缩系统的工作状况，用它判断发动机不稳定工作点的重复性和灵敏度都比较好。     

涡扇发动机飞行中的喘振故障分析

介绍了涡扇发动机在飞行试验中出现的一次高空喘振故障,分析了故障现象。采用排除法逐一对比了进气道前方来流条件、燃烧室供油,以及从进气道喉道面积、高低压压气机前导向叶片直至尾喷口喉道的一系列流道可调机构的工作过程,分离出了最可能的致喘因素。分析结果表明,转速下降过程中高压压气机前导向叶片偏度过大而对上游来流形成的堵塞,是引起喘振的主要原因。最后分析了该发动机所执行的消喘程序,及其未能使发动机退出此次喘振状态的原因,并提出改进建议。     

提高航空发动机性能的弯扭导向器技术

给出了采用弯扭导向器提高发动机性能的设计原则：在全三维弯扭设计时，必须在保证涡轮前总温、总压和燃气流量的前提下，合理调整尾喷管面积，提高涡轮后背压，保证在设计转速下涡轮输出功与原型涡轮级相同，从而保证了压气机的设计点和喘振裕度，同时提高了发动机推力、降低油耗。     

空气涡轮火箭组合发动机共同工作研究

根据空气涡轮火箭组合发动机工作原理,明确了发动机共同工作条件,建立了发动机共同工作方程,得到了发动机共同工作线,并给出了影响空气涡轮火箭组合发动机共同工作线位置的两个因素:尾喷管喉部面积和涡轮前燃气总温。基于共同工作方程,分析了两因素对发动机共同工作线的影响规律。结果表明:在同一转速线上,随着尾喷管喉部面积或涡轮前燃气总温增大,发动机空气质量流量增大,压气机增压比降低,共同工作线整体向右下方移动;尾喷管喉部面积和涡轮前燃气总温增大或减小使空气涡轮火箭组合发动机共同工作线移动的方向是相同的,但尾喷管喉部面积变化对共同工作线位置移动的影响程度大于涡轮前燃气总温。      

发动机地面起动供油边界探索方法

<正>航空燃气涡轮发动机起动是一个复杂的非线性过程,影响因素众多。起动性能受两方面因素制约:一是要获得满足要求的起动时间,即加速性好;二是要保证发动机不超温、不失速、不喘振。前者需要尽可能提高起动供油量,提高涡轮前温度,但不得超过限制值,以获取较高的剩余功率;后者需要尽可能降低起动供油规律,避免涡轮后温度太高或压气机工作不稳定。为此,要求起动供油规律不能太高或太低,应限制供油规律的上下边界。     

内燃波转子技术对燃气涡轮发动机性能影响

为研究内燃波转子技术提高燃气涡轮发动机性能变化规律,建立内燃波转子燃气涡轮发动机热力循环分析模型,开展内燃波转子通道出口气流马赫数、压气机压比等参数变化对燃气涡轮发动机性能的影响研究,探讨了内燃波转子燃气涡轮发动机热力循环状态参数变化规律.研究结果表明:当压气机压比等于3.6时,发动机比推力和热循环总效率最大提高23.709%,耗油率最大减少19.165%;当通道出口气流马赫数等于0.6时,发动机比推力最大增幅达23.736%,此时压气机压比为4.4、发动机热循环总效率32.216%和耗油率减少24.366%,熵增减少7.864%,验证了内燃波转子技术能够提高燃气涡轮发动机总体性能.研究结果为深入开展内燃波转子燃气涡轮发动机基础理论和关键技术研究奠定基础.      

某涡扇发动机加力喘振故障分析

某涡轮风扇发动机，使用中连续发生加力喘振故障。其原因是压比调节器故障，它控制的喷口面积不能随加力比的增加而放大，加力燃烧室内的温度和压力增大，气体发生倒流，使发动机进口空气流量减少，低压压气机内的气体分离而发生喘振。对装机使用发动机的压比调节器进行普查，并进行调整或更换，可使问题得以解决。     

某型发动机台架试车喘振故障分析

针对某型涡扇发动机整机地面台架试车中遇到的喘振故障,从研究多级轴流式压气机在低转速下发生喘振的机理出发,查找发生喘振故障的根源。分析发动机试车中喘振前后所采集到的数据,确认高压压气机可调导向器叶片角度及转差不合适是导致喘振故障发生的主要原因。     

采用弯扭导向器改型涡轮级提高发动机性能的三维粘性流场的数值研究

对某型涡喷发动机涡轮级导向器进行了全三维弯扭设计以后,在保证涡轮前总温、总压和燃气流量的前提下,合理调整尾喷管面积,提高涡轮后背压,保证在设计转速下涡轮输出功与原型涡轮级相同,从而保证了压气机的设计点和喘振裕度,同时提高了发动机推力。带来这样效果的原因是弯扭导向器使涡轮级的效率提高,导致涡轮出口总压的提高。本文对改型和原型涡轮级进行了全三维粘性数值模拟和气动分析。      

热传递对涡轮发动机瞬态性能影响的数值分析

给出了一种预测热传递对涡轮发动机瞬态性能影响的物理模型，并将该模型与发动机动态特性模拟程序相结合，对某型双轴发动机的加、减速及Bodie加速瞬态性能进行了数值分析，结果表明，发动机瞬态过程中的热传递影响十分显著，尤其是当发动机作Bodie加速时，热传递显著提高加速初始阶段的涡轮前温度，致使压气机工作线明显向其不稳定边界靠近，降低压气机喘振裕度。     

离心压气机与脉冲爆震燃烧室共同工作分析

为了掌握压气机与爆震室相互作用机理,实现压气机与爆震室稳定匹配工作,针对离心压气机与爆震室共同工作过程建立了数值计算模型,并采用脉冲爆震涡轮发动机原理性试验系统进行验证,在此基础上结合传统航空发动机中压气机特性分析方法,对反传作用下的压气机工作特性进行了计算分析。结果表明:反传压力波使压气机内出现了瞬间的气体倒流现象,并且会在进气转接段内形成压力波动,使压气机出口长时间处于非稳态工况;压气机与爆震室匹配工作时,压气机工作特性线朝喘振边界靠近,效率低于0.39,而同转速下,压气机单独工作时,其效率均在0.81以上。