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。     

某型涡喷发动机喷声源的识别与研究

通过对某型涡喷发动机噪声的近场声压级测量获取了对该机噪声源进行定性分析与识别的有用信息，利用细化谱分析得出该机噪声谱上存在轴转频及其3、4阶谐频分量，与同步振动信号分析相比较，可初步推断该发动机很可能存在轴不对中的故障；且由功率谱分析还识别出压气机旋转离散音，为进一步实现声学监测发动机状态提供了一定依据，通过某型涡喷发动机转子结构分析和电-声模拟处理，找出了等效亥姆霍兹共振频率处产生空腔鸣音的原因。     

基于试飞数据的涡轴发动机性能建模技术

为了实现军用涡轴发动机在装机状态下的虚拟预测试飞，通过罚函数法求解超定非线性方程组的最小二乘解，并采用回归分析对部件特性耦合因子进行曲线拟合，优化基准稳态模型，构建了某型涡轴发动机稳态性能计算模型；在此基础上，应用发动机加减速试飞数据，综合考虑部件容腔效应、转动部件的转子动力学和高温部件的传热效应，开发了涡轴发动机部件级过渡态性能计算模型。采用该模型对包线范围内不同工况的发动机稳态和过渡态工作过程进行了仿真预测，结果表明：与真实装机试验结果相比，发动机各工作参数的稳态预测精度在4.2%以内，过渡态预测精度在9.2%以内，满足工程精度要求。该模型能够满足虚拟预测试飞的技术需求，对涡轴发动机的设计、试飞和使用具有重要作用。     

某涡轴发动机停车冒烟故障分析

介绍了某涡轴发动机停车冒烟故障,通过建立故障树,对停车冒烟原因进行逐层剖析,结合分解检查和试验手段,展开了详细的分析,最终查明故障原因,并采取了相应排故措施.经过试验验证,故障得到排除.     

涡轴发动机吞鸟试验方法及试验验证

为分析鸟撞对涡轴发动机结构完整性和性能的影响,在国家军用标准规范对航空发动机吞鸟试验要求的基础上,结合 典型涡轴发动机的结构特征设计了吞鸟试验方案和试验流程,并对某型涡轴发动机开展了4次吞鸟试验。在试验过程中发动机 均在规定时间内恢复至吞鸟前功率状态且未停车或熄火。试验结果表明：大鸟容易卡滞在进气道入口;小鸟高速撞击对发动机性 能以及结构强度完整性的危害更大;在吞鸟过程中发动机各参数均大幅波动,持续时间约为4~6 s,波动过后功率恢复时间约为5~ 9 s;相比大鸟,小鸟高速撞击后发动机性能衰减更严重,约为8.5%,清洗后约为0.6%。所设计的典型涡轴发动机吞鸟试验方案和 试验流程合理、可行。     

涡轴发动机转速信号故障对策研究及试车验证

以某型涡轴发动机为对象, 对转速传感器失效状态下全权限数字电子控制系统(FADEC)采取的控制对策进行研究.确定了某型涡轴发动机的容错控制规律.试验在台架条件下进行, 采用“故障模拟杆”方法, 对发动机容错控制进行研究.试验结果表明, 所采用的故障对策和验证方法实施方便, 容错控制能够有效维持发动机的功率输出.验证试验为双发装机匹配提供了有益的经验, 对其它型式的发动机亦具有参考价值.      

燃油喷嘴封严弹簧失效与发动机冒烟的关系

通过流量试验对比分析、燃油喷嘴结构分析以及弹簧失效机理分析对某发动机长期存在的冒烟故障的根本原因进行了探索性研究.对冒烟发动机和无冒烟发动机燃油喷嘴及总管流量试验的实证分析表明:发动机冒烟故障的根本原因在于外场服役期间慢车工况某些燃油喷嘴反压降低导致的总管流量不均.对冒烟发动机14个燃油喷嘴的结构实证分析表明:发动机服役中燃油喷嘴及燃油总管流量特性发生漂移的根本原因在于封严弹簧顶紧机制的丧失,而造成顶紧机制丧失的根本原因是弹簧端过度不平导致螺母旋合过程中弹簧在不平端受力不均以致不规则歪倒塑性变形.      

航空发动机气态污染物及冒烟的测量

介绍了新型燃气气态污染物和排气冒烟测量系统的工作过程,对某型航空发动机的气态污染物和排气冒烟进行了测量,分析了样气温度对测量结果精度的影响。     

自旋动力恢复过程涡轴发动机快速响应控制律对比研究

针对直升机自旋过程中对动力快速安全恢复的问题,充分利用涡轴发动机气路中的导叶、涡轮放气控制,提出了两种涡轴发动机多回路多变量鲁棒控制规律,以实现自旋训练过程中发动机扭矩的快速响应,同时降低旋翼转子瞬态下垂量。采用保性能H2/H∞鲁棒控制算法,分别设计了基于燃油流量压气机导叶调节,以及燃油流量涡轮放气调节的具有快速响应能力的发动机转子转速控制规律,使得涡轴发动机在直升机自旋动力恢复过程中,在保证气动稳定安全的前提下,输出扭矩能够快速响应,且旋翼转子下垂量由常规燃油控制的5%下降至3%以内,并能够显著改善燃油动态特性。最后,通过数字仿真对两种控制方法进行了对比分析,得出了在工程应用中两者可能存在的优缺点。     

某型涡喷发动机噪声源的识别与研究

通过对某型涡喷发动机噪声的近场声压级测量获取了对该机噪声源进行定性分析与识别的有用信息。利用细化谱分析得出该机噪声谱上存在轴转频及其3、4阶谐频分量,与同步振动信号分析相比较,可初步推断该发动机很可能存在轴不对中的故障:且由功率谱分析还识别出压气机旋转离散音,为进一步实现声学监测发动机状态提供了一定依据。通过某型涡喷发动机转子结构分析和电-声模拟处理,找出了等效亥姆霍兹共振频率处产生空腔鸣音的原因。     

芳香烃种类及含量对航空发动机燃烧的排放影响

为了对不同芳香烃种类及含量在航空发动机上表现开展综合评定,对16种芳香烃的3种配比调和燃料开展发动机排放尾气碳烟浓度实验。根据实测颗粒物排放浓度值,对芳香烃的种类与含量增长对排放的影响进行比较;通过线性拟合计算芳香烃特性与颗粒物PM(particulate matters)排放的相关性;结合燃料的能量密度与排放两大重要因素,给出综合评定排名。分析结果表明:茚与萘系类产生的PM数浓度显著更高,而加氢处理后对排放有明显改善。芳香烃的密度和碳氢比对PM的影响最大,并随着芳烃浓度的增加影响越显著。对异丙苯与苯乙烯在综合评定中被列为最优两种芳烃,对萘系列加氢处理可同时优化比能与排放。该结果为通过控制燃料中芳烃种类来优化燃料提供了研究基础。      

航空发动机烟雾排放的符合性验证方法研究

通过研究CCAR-34中烟雾排放的测试大纲,参考芝加哥公约附件16第二卷附录2和航空燃气涡轮发动机排气冒烟测量规范HB-6116-87,设计了烟雾排放测量试验的操作流程,包括取样测量系统的设计、取样测量步骤、试验数据处理。结合ICAO发动机排放数据库中CFM56-2B-1的发烟指数（SN）,验证其与烟雾排放标准的符合性,探索了发动机烟雾排放适航验证方法。     

涡轴发动机高空台模拟偏差影响的性能修正方法

针对涡轴发动机高空台试验因模拟偏差带来的性能差异问题,通过某涡轴发动机数值仿真计算和试验研究,提出了用相似换算和小偏差分析相结合的试验性能修正方法.研究结果表明:发动机输出功率和耗油率的差异从只采用相似换算时的3.0%左右下降到1.0%左右,模拟偏差对性能的影响采用此修正方法是合理可行的.      

基于变旋翼转速的涡轴发动机优化控制

研究了涡轴发动机/旋翼一体化优化控制问题, 分析了直升机旋翼需用功率与涡轴发动机工况的关系, 旋翼转速、旋翼总距、纵向周期变距及横向周期变距对旋翼需用功率的影响.以最小旋翼需用功率为目标函数, 用线性规划算法进行发动机/旋翼性能寻优.进行了巡航状态下变旋翼转速的涡轴发动机优化的数字仿真实验, 仿真结果表明在巡航状态应用变旋翼转速的涡轴发动机优化, 可以降低油耗1.5%～5.5%, 同时降低涡轮温度4.4～16℃, 具有实际应用价值.      

基于在线可变导叶角的涡轴发动机优化控制

研究了基于在线可变压气机导叶角的涡轴发动机最小油耗优化控制.分析了压气机导叶角的变化对涡轴发动机的影响.提出了基于在线可变导叶角的涡轴发动机优化控制方法.最后,进行了涡轴发动机最小油耗优化控制的仿真实验.仿真结果表明通过调节压气机导叶角可以使单位功率耗油率降低3%～7%,具有实际应用价值.      

隐蔽式安装布局涡轴发动机安装损失的飞行试验

为确定轻小型直升机飞行性能评估所需的发动机安装性能损失,对隐蔽式安装布局的涡轴发动机进行了不同直升机飞行姿态的飞行试验。基于试飞数据建立了一套真实飞行条件下涡轴发动机安装损失的计算流程,对比分析了在不同高度和速度下稳定平飞、有/无地效悬停、有/无地效悬停回转、不同高度爬升、不同高度下滑、盘旋、侧后飞等飞行姿态对涡轴发动机安装损失的影响。结果表明：隐蔽式安装布局的涡轴发动机安装损失主要来自进气温升,不同飞行姿态下功率损失为4.3%～20.7%,耗油率相对增量为1.2%～132.7%;功率损失随飞行高度的变化规律不明显,随飞行速度的增大而减小;耗油率相对增量随飞行高度和飞行速度的增大而减小;在近地面的低速飞行姿态下安装损失最小,且受地效影响较小;风速和风向对安装损失的影响较大。     

基于射流搅拌燃烧反应器加压条件下的航空煤油燃烧NOx排放

为了研究碳氢燃料燃烧产物NOx的排放,构建了射流搅拌燃烧反应器(JSCR)试验系统,并经过了初步验证.随后利用该试验系统对航空煤油RP-3的燃烧NOx排放进行了测试,射流搅拌燃烧反应器内压力为2×105 Pa和3×105 Pa,进口温度为650K,当量比范围为0.5~1.2.研究结果表明:在当量比为0.5~1.2范围内,航空煤油燃烧NOx排放先随当量比的增大而增多,在当量比为0.95附近达到最大值,随后减少;NOx排放随压力的增大而增多.同时,验证了该射流搅拌燃烧反应器可作为研究碳氢燃料燃烧产物的基础试验平台.     

涡轴发动机整机吞砂试验及性能退化评估

为系统掌握砂尘侵蚀对涡轴发动机整机和零部件的影响,分析了国内外整机吞砂试验条款的差异及适用性,开展了某涡轴发动机整机吞砂试验研究。依据气动热力过程约束方程和发动机整机匹配约束条件,建立了涡轴发动机试验数据快速评估模型,完成了整机及各部件性能退化评估,并利用公开文献数据进行了对比分析。结果表明：功率和耗油率随吞砂时间呈二次函数规律退化,吞砂10 h功率损失10.2%,耗油率升高3.2%;吞砂造成压气机一级叶片弦长变短0.7%～3.4%、厚度减薄1.0%～3.0%,压气机流量下降4.1%、效率下降3.1%、增压比下降4.5%;燃气涡轮冷却气膜孔存在轻微堵塞和表面烧蚀,冷气量减少1.5%,效率下降0.5%;而动力涡轮效率因叶片表面光洁度提高有小幅提升。     

一种确定燃气涡轮轴发动机起动最小所需扭矩的工程方法

依据某型涡轴发动机冷运转试验数据,给出了发动机阻力矩和净力矩的计算方法。按照发动机在此温度条件下的最大允许起动时间,提出了确定发动机在该大气温度条件下起动时最小所需扭矩的方法,并通过试验表明用这种方法得到的计算结果和试验结果较吻合。