航空发动机的防喘控制

失速和喘振现象严重影响航空发动机的正常使用和飞行安全,引起人们的普遍关注。防喘控制已成为发动机(或推进系统)控制必不可少的组成部分。本文从工程设计的角度着重介绍失速和喘振征兆的预测方法;用实例说明不同形式发动机防喘控制的组织;并一般地提到了防喘控制的发展。     

航空发动机防喘系统及其评定方法

介绍了航空发动机防喘系统的类型,组织原理以及系统的有效性评定准则,分析了扩称装置（发动机调节机构）对发动机稳定裕度的影响。在防喘系统的应用中,扩稳装置的选择将直接影响发动机防喘系统的有效性。     

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。     

航空发动机防喘压力传感器的动态校准方法

航空发动机的喘振是比较普遍又十分严重的问题。现代的航空发动机大多配备了防喘系统，该系统的作用是在发动机即将产生喘振时，改变发动机的工作状态从而防止喘振的产生。通过安装在发动机不同部位的压力传感器将压力信号传输到计算机，计算机根据其参数计算判断出发动机所处的状态。当安装在发动机不同部位的压力传感器测到的脉动压力与稳态压力的比值超过一定数值时，表明发动机即将产生喘振，此时系统将给飞行员报警，同时由机载计算机控制产生一系列动作来防止喘振的产生。     

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。     

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。     

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     

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。     

基于Mallat算法的机载失速喘振辨识装置研制

针对航空发动机机载失稳辨识需求,设计了一种基于数字嵌入式的航空发动机失速喘振辨识装置。该装置利用短时傅里叶变换和小波变换方法对压气机出口壁面静压信号的时频特性进行分析,及时捕获失稳状态下的突变信号并做出响应。所设计的失速喘振辨识装置在压气机逼喘试验中进行了试验验证,对试验中的喘振信号做出了准确报警,报警延时小于50 ms,满足性能设计指标,具有较高的工程应用价值。     

涡扇发动机消喘系统飞行试验验证方法研究

针对涡扇发动机消喘系统飞行试验验证需求,和传统试验方法不能有效验证消喘结束后发动机状态恢复能力的问题,根据消喘系统工作原理,提出了单次喘振和连续多次喘振下消喘系统的飞行试验验证方法。该方法通过加装座舱开关,触发发动机调节器内设置的喘振模拟模块,发出根据真实喘振信号特征设计的喘振模拟信号,从而使得消喘系统工作,验证飞行状态下发动机消喘系统对短时切油、喷口面积和可调导叶的控制及消喘结束后发动机状态恢复的能力。试验结果表明:所提出的方法能有效验证消喘系统的功能及消喘结束后发动机状态恢复的能力。本研究对发动机消喘系统可靠性和有效性的飞行试验鉴定具有一定的工程应用价值。     

多级轴流压气机不同工况下失速／喘振试验研究

通过试验的形式，开展了多级轴流压气机在静叶优化角度及中间级引气情况下的失速／喘振试验研究。采用高精度、高频响的动态压力传感器，高速同步采集板、快速A／D采集板和高速处理机相结合，借助于频谱分析的方法来找出失速／喘振频率，并且找出对应该频率的各通道之间的相位差，分析出失速／喘振首发级。利用DASP6．61数据大容量自动采集与信号处理系统对喘振信号进行数学处理。试验结果表明：测量手段及数学处理模型是可行的。在压气机静叶优化条件下，不同的引气量对失速／喘振有影响。     

基于喘振信号处理仿真系统的航空发动机判喘参数优化设计

为了提高某型涡扇发动机判喘的准确度和时效性，基于PXI计算机设计了用于判喘参数优化的喘振信号处理仿真系 统。完成了发动机台架试验的喘振特征信号高频同步采集，实现了喘振信号机载处理系统的数字化。通过喘振信号的模拟输出 与机载处理仿真，分析了喘振信号的低通和带通滤波参数、压差信号直流分量高选值、判喘阈值、喘振确认持续时间、消喘指令持 续时间6个参数对判喘系统的影响，并对判喘参数进行了优化设计与验证。通过参数优化，发动机小状态的判喘时间由86 ms缩 短到53 ms，大状态由无法判出到有效判出喘振。结果表明：该系统有效地提高了发动机判喘的准确度和时效性，可广泛用于航空 发动机判喘系统的参数优化与设计验证。     

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。     

现役燃气涡论发动机喘振监控系统的研制

本文对现役燃气涡转发动机发生的重大喘振故障作了分析,并提出防喘监控系统方案.依此方案研制出的FCJ-124防喘监控系统,在发动机试车台上和实际飞机发动机上进行多次监控喘振试验,取得了较满意的效果.     

压气机失稳过程的幅值与频率理论研究

在压气机主动稳定控制与健康监控时,为了准确描述失速和喘振的幅值与频率特性,以压气机系统模型为基础,从动力学的角度,基于失速团的构成,应用模态波理论分析压气机失速行为;基于压气机喘振的一维振荡特性,应用强非线性理论分析喘振现象;通过分析推导并给出压气机失稳过程的幅值与频率理论描述。数值仿真表明:失速与喘振的幅值与频率是压气机特性、压气机结构参数与气流参数的函数,在失速过程中,模态阶数越低,其幅值越先出现并趋于稳定;扰动模态阶数越高,旋转频率越大;在喘振过程中,压气机出口节流系数越小,喘振幅值与振荡频率越大。     

温度畸变发生器的功用及其试验方法

温度畸变发生器是用来模拟飞机武器发射、反推力回流、越过火灾区时在发动机进口产生的温度畸变并研究温度畸变对发动机稳定性的影响。其主要功用 :(1)确定发动机进口温度畸变的临界参数 ;(2 )评定发动机上防喘系统的效能及可靠性。温度畸变试验要获得的参数有 :发动机进口相对临界温升与“高温区”范围、温升率关系曲线 ;相对临界温升与温度畸变发生器工作时间的关系曲线。根据上述结果确定不同换算转速的温度畸变敏感系数 ,确定有、无防喘系统时发动机临界进口温升的增量。此外 ,介绍了温度畸变发生器的主要组成、性能及其试验方法。     

某航空发动机喘振控制系统设计与验证

针对航空发动机易出现喘振误报、误判和消喘失败等问题,对某单轴带核心机驱动风扇（CDFS）的航空发动机对比分析不同的测点位置、信号处理、消喘控制逻辑设计下的消喘效果,并在高空模拟试验台上进行燃油阶跃逼喘验证。结果表明,测点2的A值脉动幅值是测点1的4倍,采用的硬件判喘准确率达到100%,制定的燃油阶跃供油控制方法可成功实现发动机逼喘,制定的消喘控制逻辑可成功使发动机退出喘振并恢复到目前状态。     

脉冲断油式发动机防喘系统试验研究

为解决机载武器发射引起发动机喘振、停车的问题，有关发动机设计单位研制了一种新型脉冲断油式发动机防喘系统，并进行了飞行台试验，本文介绍了该系统试验研究概况及结果。着重分析了它对发动机正常工作的影响决定其防喘效果的因素。     

航空发动机防喘扩稳构件效能优化的试验研究

为评估和优化发动机防喘系统的效能,采用温度畸变发生器作为逼喘装置,分别给出了某涡扇、涡喷发动机扩稳构件在不同组合方案下的试验结果。比较和讨论了防喘系统不同扩稳构件的扩稳效果。试验结果表明,发动机防喘系统扩稳效果最为显著的是采用短时切断燃油以及导叶、放气等调节手段,但其缺点会带来较大的推力损失和系统的复杂性;而采用切油加导叶调节的手段尽管扩稳效果不如前者明显,但其推力损失较小且系统易于实现。