航空发动机排气污染物控制与适航符合性研究

基于民用航空活动对环境排放污染占比快速增长的现状,结合民用航空领域排放物相关政策的历史沿革和背景,展望了发动机排放物政策的发展趋势,研究表明由于NOx危害较大且很难控制,国际民航组织（简称ICAO）和美国联邦航空局（简称FAA）对NOx的要求日趋严格,而对HC、CO和烟的排放要求基本没有变化。同时介绍了低污染燃烧技术发展概况,分析了排气污染物的生成机理和主要影响因素以及改善措施,基于污染物生成机理及控制原理阐述了富油和贫油燃烧的污染排放控制方法。最后对飞机排放适航符合性验证方法进行了介绍,提出了基于发动机台架试验的LTO循环中气态排放污染物和烟尘的测量程序和计算分析方法,该测量程序和计算分析方法能较准确地评估航空发动机运行过程中的排气污染物水平,可以推广应用到航空发动机和大型燃气轮机的排放评估和预测。     

航空发动机排气污染测试系统

本文叙述了自行设计建立的航空发动机排气污染物取样测试系统的组成、工作原理，并介绍了排气污染物的地面试验测量方法。通过对某型发动机排气污染物进行地面试验实测，结果表明：该测试系统工作性能稳定、可靠，操作方便，是 动机排气污染地面试验实时测量分析的必备装置。     

对JT8D—217A发动机喘振的探讨

MD-82飞机上装有2台JT8D-217A发动机,该机型是东航主要机型之一。其中有的飞机在国内外航线上飞行十多年了,为民航的建设和发展做出了贡献但随着时间延长,该机型已趋向老龄化,故障较多,近年来发动机喘振频繁,造成了飞机延误、返航、停场。严重影响了飞行安全,航班正常和服务质量,也影响了民航的声     

通过进排气总压比EPR测推力的基本原理

 涡轮发动机一直是通过转速来操纵的。可是同一转速而进气总温变时状态也变,低总温时增压比、推力就高,高总温时则相反。凶此按与推力较直接联系的参数来操纵就有可取之处。普惠公司JT3D-9D系列发动机已用进排气总压比、简称发动机总压比EPR=p5~*/p1~*作推力主操纵参数,而以转速操纵作备用。     

民用发动机污染排放及低污染燃烧技术发展趋势

针对民用发动机污染排放的现状,介绍了低污染燃烧技术发展概况及趋势,国际民航组织(ICAO)颁布的《航空发动机的排放》标准,以及中国民用航空局(CAAC)对排气污染物的规定,分析了排气污染物的生成机理和主要影响因素以及改善措施.对6种先进低污染燃烧室(分级、变几何、催化、贫油预混预蒸发燃烧室(LPP)、富油燃烧/淬熄/贫油燃烧技术(RQL)以及双环预混旋流(TAPS)等燃烧室)的工作原理与特点、以及应用状况作了简要分析.其中分级燃烧技术构成了先进低污染燃烧室设计的技术基础,而LPP,RQL与TAPS燃烧室为三种很有发展前途的低污染燃烧室.此外,还介绍了贫油直接喷射、燃料电池以及主动燃烧控制等三种新型的低污染燃烧技术,虽然实现这些技术难度较大,但有广阔的应用前景.      

基于燃气分析法的航空发动机燃烧室性能研究

为深入了解燃烧室性能,用燃气分析法测量了燃烧室在高压状态下的气态污染物排放和排气冒烟,用热电偶法测量了燃烧室出口温度场.混合式取样器安装于摆盘上,随摆盘沿周向匀速旋转采集样气,通过测试仪器分析样气组分,计算得到了燃烧室的油气比、燃烧效率、污染物排放指数及冒烟数.通过比较采用燃气分析法和流量法得到的油气比、燃烧效率的测试结果,分析了慢车状态误差偏高的原因,结果表明:燃气分析法是1种准确、可靠的燃烧室性能测试方法.改进了混合式取样器结构,提高了排气冒烟测试的精度.     

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。     

基于主成分分析方法的航空发动机性能排队研究

提出基于主成分分析的发动机性能排队方法,并以此方法对19台JT9D-7R4发动机进行性能排队,与发动机实际换发方案以及普惠公司的EGT指数法相比,主成分分析方法可以综合地考量发动机各方面因素,可信度高,利于规模大的机队精细地评估性能相近的发动机,并给出更好的排队结果。     

基于ICAO起降模型的中国机场飞机排污计算研究

结合ICAO机场排放计算方法，在考虑3种主要气体污染物HC、CO和NOx的情况下，提出了适合中国机场飞机排放污染物的计算方法。该方法基于国际民航组织（ICAO）规定的标准起飞着陆（LTO）循环的模型，采用ICAO发动机排放数据库（ICAO aircraft engine emissions databank），通过搜集中国民航机队的飞机／发动机配置信息及所列机场航班计划表，计算出机场污染物年排放量。     

普惠公司研究JT9D消音方法

普惠公司正在研制“技术部件”以抑制ＪＴ9Ｄ发动机的噪音 ,使之符合国际民航组织即将规定的 4级噪音条例。条例可能要求噪音等级在 8ｄＢ与 11ｄＢ之间 ,低于现在的 3级标准 ,未经处理的ＪＴ9Ｄ发动机达不到此标准。这些ＪＴ9Ｄ发动机是 70年代首批装在波音 74 7上的高函道比涡扇发动机。据统计 ,2 50 0多台ＪＴ9Ｄ发动机用于推进空中客车Ａ30 0 /Ａ310 ,波音 74 7、 76 7和麦道ＤＣ 10。如果有市场 ,生产商就会提供“技术部件” ,另外还有一修无决条件 ,就是要弄清欧盟与美国关于再确认的法规。在研的“技术部件”是为ＰＷ2 0 0 0和ＰＷ 4…     

关于取消发动机翻修寿命的探讨

本文根据以可靠性为中心的维修思想,结合民航使用和维修JT3D发动机的情况进行分析,说明发动机定期翻修不符合发动机的可靠性特性,提出取消发动机翻修寿命,采用符合发动机可靠性特性的维修方式的一些看法。     

JT15D-4发动机数控实验研究

 本文在JT15D-4发动机上进行了数控系统的实验研究,探索数字控制系统的设计及运行中的问题。为了提高数字控制系统的可靠性,系统中采用了双机通讯、状态性能监视、液压机械式备分的调节器、软件故障诊断报警等多种措施。通过数字仿真、半物理模拟及台架试车各阶段的实践,验证了系统结构、设计的正确性,为进一步开展全功能的数字控制的研究提供了实用的经验。     

Prediction of emissions in turbojet engines exhausts: relationship between nitrogen oxides emission index (EINOx) and the operational parameters

The prediction of nitrogen oxides emissions in turbojet engines exhausts remains a field of immense importance given the increasing coercive environmental requirements in relation to the emissions from turbojet engines. Emissions of nitrogen oxides (NOx) are subjected to limits fixed by legislators in a lot of countries because of their toxic character beyond specific concentrations in the air and their effects on climate change. However, analytical methods used to evaluate the quantities of the emissions are not efficiently established because of a lack of complete understanding of the phenomena governing the formation of the NOx in turbojet engines. It is a combination of chemical, thermal, and fluid dynamic processes. In this paper, a more accurate empirical correlation is determined for the prediction of nitrogen oxides emission index (EI_NOx) in turbojet engines exhausts using the main combustion operational parameters. The relationship between EI_NOx and the following parameters: fuel flow rate, output power, pressure ratio, efficiency, flame temperature and combustor inlet temperature is analysed with 227 ICAO certification data measured on turbojets engines from manufacturers such as Pratt and Whitney, General Electric, CFM International and Rolls-Royce. A set of 556 test point data used to show flame and combustor inlet temperature relationship with NOx emission index is from the work of G.F. Pearce et al. on twelve gas turbine engines. From this analysis it can be noticed that the relationship between EI_NOx and flame temperature is strong but not as the relationship between EI_NOx and the combustor inlet temperature. Since the combustor inlet temperature is easier to measure, EI_NOx value can be deduce from it. By predicting NOx emissions from combustor inlet temperature we can avoid exhausts gas measurements and analysis, saving on time and money.     

喷气发动机转速数字控制器优化设计

喷气发动机转速数字控制系统的构成和动态模型如图1所示。数字控制器由微机编程实现。该闭环系统由PID控制器进行串联校正、角度负反馈为位置反馈校正。     

飞行状态数据的有效性检查

ＥＭＤ（发动机状态监控和故障诊断）系统应用于ＭＤ－８２飞机上的ＪＴ８Ｄ－２１７发动机时，由于人工记录和人工键入飞行数据造成飞行数据存在严重的质量问题，给发动机的趋势分析和故障诊断带来很大的困难。本文介绍了ＥＣＭＩ对飞行状态参数进行有效性检查的方法，提出了采用主因子模型对发动机进行故障诊断时，用来识别是飞行状态数据的质量问题，还是发动机指示系统故障的判别准。则强调了记录飞行数据应达到的条件及数据质量的指标。所有这些对提高趋势分析和故障诊断的成功率都取得了很好的结果     

发动机全面性能诊断的随机搜索模型

提出了求解发动机亚定故障方程组整体优化解的随机搜索模型。该数学模型可以在同时发生的故障模式的数目小于、等于、特别是大于测量参数个数的各种复杂情况下给出全面的故障诊断信息。以JT9D发动机全面性能诊断问题为例,利用随机模拟样本对随机搜索模型的诊断有效性进行了评估,并且利用JT9D发动机的24个实际故障样本对随机搜索模型进行了检验。研究结果表明,利用4个测量参数可以对发动机主要部件同时发生的6～10个故障进行诊断。诊断有效性指标可达0.89～0.94.     

The use of closed cycle coolers on space based observatories

Many proposed space based observations will rely on the use of closed cycle and passive cooling systems to provide the thermal environment for high sensitivity. The use of closed cycle mechanical coolers on space telescopes poses particular integration problems; some of these difficulties are discussed in this paper.One of the major problems envisaged is that of exported vibration. This problem, and that of the heat sinking required, can be alleviated by siting the compressors of the Stirling cycle precooler further from the displacer unit. The effect of the separation between the compressors and the displacer on the performance of the Stirling cycle precooler has been measured. Increasing the separation from 170 mm to 565 mm decreases the cooling power at 25 K from 220 mW to 180 mW. In most applications this would be acceptable.The pre-cooler provides cooling at a single point. In situations where refrigeration of extended objects (e.g. telescope mirrors) is required, some distribution method has to be found. A scheme for achieving this is presented together with preliminary calculations on such a system.Temperatures in the region of 2.5 to 4K are required to meet the requirements for long wavelength detectors. We have demonstrated how these temperatures can be achieved in a continuously operating closed cycle cooler that has been engineered for space applications. This cooler consists of a two-stage Stirling cycle precooling a closed cycle Joule-Thomson (JT) stage. Temperatures in the region of 4K are achieved by the use of helium-4 in the JT system. The lighter isotope of helium is used to obtain temperatures down to 2.5 K. Under no-load conditions the precooler reaches a base temperature of 11.3K. The JT system achieves 4.3 K with a 10 mW heat load and 2.5 K with a heat load of over 3 mW. The input power to the cooler is approximately 126 W.The temperature stability of the cooler at low temperatures is important to keep detector drift to a minimum. The temperature of the JT stage has been measured in uncontrolled laboratory conditions and found to vary by only 30 mK over a seventy hour period. The pre-cooler temperature varied by approximately 0.6 K during these measurements.     

主成分分析在发动机状态监控与故障诊断中的应用

讨论了主成分分析在发动机状态监控与故障诊断中的应用,即利用主成分分析对近似线性相关的多个向量进行降维的问题。特别讨论了一般文献中很少注意的两个特殊问题,即测量数据的等方差化问题和中心化限制问题。以ＪＴ９Ｄ发动机故障、故障系数向量以及ＪＴ９Ｄ和ＰＷ４０５６发动机维修指标的降维问题为例说明主成分分析的应用。研究结果表明,利用主成分分析可以将ＪＴ９Ｄ发动机的２６个故障因子综合成９个、或者将５个单元体的１０个故障因子缩减到５个综合变量,并且改善了故障方程的病态特性,因而可以有效地提高故障诊断的可靠性。文中还对用于降维处理的主成分分析方法与线性回归分析（最小二乘法）进行了比较,表明主成分分析方法是解决所提出的降维问题的更为有效的手段。     

航空发动机虚拟自学习控制方法研究

随着人工智能技术的发展，智能航空发动机逐渐成为当今航空领域研究的热点。传统的航空发动机控制对发动机模型的依赖性过强，而基于发动机气热动力学公式的机理建模会引入较大的建模误差，给控制器设计带来困难。对此，提出一种基于强化学习的航空发动机控制虚拟自学习方法，首先利用航空发动机的试验数据通过LSTM 神经网络建立虚拟学习环境，然后采用深度强化学习TD3 算法，在虚拟环境中训练智能控制器，最后采用JT9D 发动机模型验证智能控制器的性能。结果表明：相比于传统PID 控制，智能控制器产生的超调量更小，调节时间更短。     

航空发动机状态监控和故障诊断软件

本文介绍“航空发动机状态监控和故障诊断”软件的功能知组成。应用此软件中所采用的“主状态量模型”的诊断方法对 B747和 B767飞机上装配的JT9D—7R4发动机已有的35个故障样本进行诊断,其诊断正确率达到75%以上。