小偏差法在某型燃气涡轮起动机整机性能分析上的应用

正燃气涡轮起动机作为现役大部分军用航空发动机的起动装置得到了广泛的应用。与其他类型的航空发动机一样,燃气涡轮起动机在新机设计和整机调试时,也经常会出现由于某种未知原因而导致整机性能不达标的问题。针对这些问题,国内发动机厂商经常采用的解决方法是通过串装试车即排除法来一步步地查找原因。例如,分别更换以往性能达标的离心压气机、径向扩压器、火焰筒、导向器等影响整机性能的主要零部件,然后通过对比试车找到     

波音757型飞机发动机起动机的故障分析及预防

以某型起动机为例,详细介绍了波音757飞机发动机起动机的常见故障及排放措施,为延长发动机寿命提供保证。音757飞机发动机的起动机是空气涡轮起动系统,由压缩空气驱动起动机涡轮,带动发动机高压压气机转子转动,达到起动发动机所需的速度。起动的气源可来自地面、APU和其他发动机,起动机由壳体、涡轮、减速齿轮、棘爪和输出轴组成,有进气口和排气口。起动机的维护与发动机的起动直接相关,它的故障一般会导致航班的延误或取消。下面就以HANMILTION起动机（P／N774984）为例,谈谈波音757飞机发动机起动机的故障及相关措施。起动…     

某型燃气涡轮起动机空中起动试验

为验证原本只为在地面起动发动机而设计的某型燃气涡轮起动机的空中辅助起动性能,在飞行试验台上,对其进行了空中辅助起动试验。与在地面起动发动机时的参数进行比较,得到了有意义的结论,掌握了其在空中工作时参数的变化规律,为提高该型燃气涡轮起动机空中辅助起动性能提供了依据。     

轴流压气机和轴流涡轮设计改进及应用

为了提高小型涡喷发动机的综合性能,用全三维气动设计方法对其压气机和涡轮进行了重新设计,使压气机和涡轮的性能得到较大幅度的改善.压气机的增压比、绝热效率和空气流量分别提高15.1％,3.8％,3.9％,气动稳定性边界向左上方大幅度扩大.三级轴流压气机的级平均增压比从原来的1.56提高到1.64,涡轮的绝热效率提高了1.5％.发动机整机性能试验表明,在最大转速下发动机的最大推力增加幅度达16.58％,燃油消耗率最大降低幅度达21％.     

考虑限制保护的航空发动机起动控制技术

涡扇发动机起动控制方法直接影响发动机的起动性能.为在发动机整个起动过程中持续获得高、低压转子转轴上的最大剩余功率,提出了1种涡轮前总温Tt4闭环控制规律用于设计涡扇发动机起动控制的方法.对于起动过程中可能发生的风扇、低压压气机、高压压气机喘振和失速问题,在设计的Tt4闭环回路前加入喘振裕度限制保护控制,并考虑到在起动过程的第1阶段中在起动机带转到发动机点火前Tt4回路不起作用的特点,对Tt4回路设计了积分冻结逻辑.仿真结果表明:在满足给定喘振裕度和涡轮前总温不超温的条件下,涡轮前总温Tt4闭环控制方法能够以持续的最大剩余功率使发动机从静止状态起动到慢车功率状态.     

空气涡轮起动机包容性研究

根据飞机对高能设备的包容要求,分析总结了空气涡轮起动机应具备的包容性,明确了空气涡轮起动机包容性的研究方法。以空气涡轮起动机包容性设计为目标对原有包容结构进行改进,构建包容模型和有限元仿真模型,动态研究了涡轮转子碎裂以及碎块的运动轨迹,并进行了试验验证。试验结果表明:改进后的空气涡轮起动机达到了包容设计的要求,能够包容涡轮转子最大能量状态的碎块能量,结构改进方案有效。     

某型起动机高温合金整体涡轮材料的改进与分析

针对某型起动机高温合金整体涡轮断裂故障率高的情况,本文从国内外涡轮材料的发展趋势和应用现状出发,介绍了一种新型涡轮材料,并通过对比新旧材料的性能证明了材料改进的可行性和有效性。     

微型涡喷发动机传热效应的建模分析与实验研究

 微型涡轮发动机(MTE)可作为各种新型无人机、微小型导弹的高速推进动力装置,但微型化可能给发动机各部件匹配工作带来包括传热效应在内的特殊影响。针对微型涡轮发动机MTE-110,建立了基于发动机部件特性的总体性能模型,并在此基础上分析了可能的传热效应对压气机特性及整机性能的影响。在MTE-110的地面台架运转试验中,测量数据显示传热效应使压气机的实际温升比绝热温升增加了30%,对压比影响不大,因此显著降低了压气机效率。通过在压气机静子上采用隔热技术后,MTE性能得到显著改善,设计转速下的实测推力提高了23%,达到了96 N。     

航空钛合金叶片数控砂带磨削关键技术

对于航空发动机来说,核心机一旦定型,后续发展主要通过采用新技术、新设计,加大风扇直径,增加增压压气机级数,改进高压压气机、高压涡轮叶型设计,提高高压涡轮叶片材料与涂层的耐高温性能等来提高部件效率和发动机的推力.这其中,表征循环参数的高温热部件材料的发展相对较慢,而压气机叶片、风扇叶片设计改进较为频繁,可以说,钛合金压气机叶片和风扇叶片制造是航空发动机制造的关键技术之一.     

高超声速涡轮发动机多级压气机性能优化

为了满足某高超声速涡轮发动机巡航工况（Ma=3.2）性能要求,在某8级轴流压气机方案基础上,针对压气机在该工况对应转速（相对换算转速0.748）下流通能力不足问题进行设计优化。通过创建多级压气机1维分析设计平台,采用试验设计方法分析并确定了对压气机低转速性能影响较大的关键参数,基于模拟退火寻优算法完成对多级压气机气动布局的重构;通过采用宽范围低损失多段圆弧中弧线设计、高流通转子叶型设计、低转速可调静子安装角优化及各级攻角匹配优化等措施,完成了8级压气机方案的改进设计。结果表明：在巡航工况（Ma=3.2）下,8级压气机效率和喘振裕度分别提高了0.7%和17.4%,验证了多级压气机设计优化方法的有效性,可为高超声速涡轮发动机压缩部件设计和研究提供参考。     

涡轴发动机性能在线监测技术研究及试验验证

研究了基于模型的涡轴发动机性能在线监测技术,开发了涡轴发动机性能在线监测软件,并进行了真实台架试车试验验证.试验结果表明:软件能够自动判断发动机是否已进入准稳态工况,并根据当前的大气条件、燃气涡轮转速、动力涡轮转速,实时计算发动机其它状态量与性能量,如压气机增压比、动力涡轮前温度、轴输出功率、耗油率等.与模型计算结果相比,被试发动机压气机增压比稳态测量值最大偏低2.3%左右,反映了被试发动机与基准发动机之间的性能差异,验证了涡轴发动机地面台架试车性能在线监测技术的有效性.      

基于面向对象方法的压气机性能计算

提出一套预测压气机未知特性的方法,并基于面向对象思想采用变比热容计算方法进行压气机性能计算的分析和编程.结合粒子群优化（PSO）的全局寻优能力和反向传播（BP）神经网络的局部寻优能力提出基于PSO的BP神经网络（PSO-BP神经网络）预测压气机特性,分析了其预测误差和拟合误差:拟合误差基本都小于0.5%,预测误差基本都小于0.8%.其拟合精度和预测精度满足要求.采用变比热容计算方法来计算压气机性能,并采用面向对象方法编写了压气机性能计算程序.对几个压气机变工况点进行验证,各输出参数的最大误差为1.12%.因此,特性预测方法和性能计算的数学模型适用于压气机性能计算,这套方法同样适用于燃气轮机性能计算.      

简单循环与回热循环燃气轮机变工况特性

针对某简单循环燃气轮机和回热循环燃气轮机建立了性能计算数学模型,并以Newton-Raphson法进行求解,对各自的变工况性能进行计算、分析及对比.研究结果表明:在工作参数相同的情况下,简单循环燃气轮机做功能力强于回热循环燃气轮机,但是前者的效率远远低于后者;涡轮进口温度自设计点降低时,回热循环燃气轮机效率降低幅度更大.对于简单循环、回热循环燃气轮机,环境温度降低使燃气轮机的输出功率和效率增加,但压气机喘振裕度降低;环境压力升高有助于提高燃气轮机的做功能力,使经济性以及稳定性更好.这些研究结果可以为航机陆改燃气轮机的变工况运行提供有益的参考.      

基于进化神经网络的压气机结垢性能退化评估

采用进化神经网络方法,通过测量参数对压气机结垢性能退化模式进行了定量监控和评估。运用粒子群算法优化径向基函数(Radial Base Function,RBF)神经网络的初始权值,即由神经网络训练样本所得到的实际和期望的输出之间的误差平方和构造适应度函数,对RBF神经网络的隐层中心、半径以及输入输出权值进行全局寻优搜索,设计了进化RBF神经网络,并对模拟得到的压气机结垢的样本进行训练和测试。结果表明:进化RBF神经网络的模式识别能力比普通RBF神经网络的要强,对燃气轮机性能退化评估和健康管理具有重要理论意义和应用价值。     

用卡尔曼估值对航空发动机喘振状态预报研究

针对压缩系统的Greiter非线性模型,采用卡尔曼估值理论的方法对压缩系统进行状态估值,提出某一喘振判定准则下超前预报压气机将来某一时刻是否发生喘振,即喘振预报。     

实际闭式燃气轮机回热循环热力参数数值分析

用有限时间热力学方法分析实际循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失和压气机、涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失，导出变温热源不可逆闭式燃气轮机回热循环的功率输出和热效率与循环压比间的解析式，给出了详细的数值算例说明各项损失对循环参数的影响特点。计算与分析表明，回热对循环功率输出有影响，高、低温侧换热器和回热器的有效度之间存在最佳匹配。     

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.      

空气系统对核心机性能敏感性的影响

为了确定空气系统不同位置引气量对核心机性能的影响，给总体性能和空气系统设计提供依据，以某型核心机设计过 程为例，将空气系统设计迭代到总体性能设计中，研究了空气系统对核心机性能和部件特性的影响，并开展了空气系统对核心机 性能的敏感性分析。结果表明：每个引气位置引气量的增加均会导致燃烧室出口温度的升高，其中用于涡轮转子冷却的引气对燃 烧室出口温度的影响最大，其次为第5级压气机引气，再次为用于涡轮导向器冷却的引气，影响最小的为用于涡轮后机匣冷却的 引气。将空气系统设计结果迭代到核心机性能模型中，迭代后的压气机和涡轮工作特性发生了变化，压气机共同工作线受引气量 增加的影响稍微下移，涡轮落压比由于燃烧室出口温度的升高而减小。     

基于功率保持的辅助动力装置引气性能计算模型

以带负载压气机辅助动力装置(APU)为对象,分析了其结构特点与工作原理,针对目前工程上常用的APU引气性能计算模型的不足,建立了基于APU与空气涡轮匹配的总体性能数学模型和负载压气机变几何部件特性插值模型。在此基础上,研究了APU功率调节规律,获得了轴功率负载、APU涡轮前温度、排气温度与负载压气机进口导叶角度之间的匹配关系,进而实现了APU全包线内和全工况下的引气性能计算。利用GTCP131-9A试验数据对模型进行了验证,结果表明:引气流量计算误差小于3%,引气压力计算误差小于4%;功率保持下的APU涡轮前温度限制值仅与轴功率负载大小有关,与进气温度无关。研究结论对于带负载压气机APU总体性能计算和调节规律设计提供了参考。