中等涵道比涡扇发动机高空压力畸变试验

基于中等涵道比涡扇发动机结构及其气动稳定性特点,通过该类型某发动机高空压力畸变试验研究,获取了研究对象合理可行的高空压力畸变试验方案设计、畸变装置选取以及数据处理规范,结果表明:在飞行高度小于14 km范围内,飞行高度对稳态综合畸变指数有一定的影响,但影响不明显;有引气/功率分出136 kW条件下,飞行高度为11 km、飞行马赫数为0.8以及飞行高度为14 km、飞行马赫数为0.39时,该中等涵道比发动机最大巡航状态与最大爬升状态在进口综合畸变指数不大于12%时均能稳定工作。      

基于台架“诱喘”试验的涡轴发动机稳定性与性能劣化研究

为评价涡轴发动机的气动稳定性,采用台架"诱喘"试验的方法,通过插板式畸变发生器制造发动机进口的总压畸变流场,对涡轴发动机的综合畸变指数进行了试验测算。试验表明:对压气机转子进行先进性设计改造,在中高转速工况下,其临界综合畸变指数显著增大,随转速提高,增幅由5.01%上升至33.74%。在加速工作过程中,临界畸变指数较原型机增幅达到68.32%。另外,通过分析不同插板高度下发动机各状态的性能劣化趋势,评估了发动机在进气畸变条件下的健康状态。     

可调压力畸变模拟器的设计与研究

畸变模拟器是小型涡扇发动机气动稳定性的核心技术,本文创新设计月牙板式可调压力畸变模拟器,用于涡扇发动机抗畸变试验。畸变模拟器的研制采用了结构设计与气动设计并行的方案,结构设计采用小尺寸机械传动方式,气动设计通过数值模拟完成了模拟器插板的优化设计,通过大曲率插板改善了插板后流场。通过畸变模拟器吹风试验表明,畸变模拟器出口截面马赫数达到了0.24~0.44,插板的堵塞系数在14.2%~29.2%内,畸变模拟器的综合畸变指数在2%~20%内连续可调,满足小型涡扇发动机工况包线和抗畸变试验所需综合畸变指数。     

某型涡喷发动机进气总压畸变的试验研究

由可移动插板式畸变发生器产生进气总压畸变流场,以综合畸变指数评定流场畸变程度,试验研究了进气总压畸变对某型涡喷发动机气动稳定性的影响。试验确定了发动机的最大 (或临界 )综合畸变指数和总压畸变敏感系数。      

某型涡扇发动机进气总压畸变的试验研究

由可移动插板式畸变发生器产生进气总压畸变流场,以综合畸变指数评定流场畸变程度,分析了进气总压畸变对涡扇发动机气动稳定性的影响,得到了稳态总压场不均匀度与总压紊流度随插板深度及发动机转速的变化关系,确定了该型发动机的最大（或临界）综合畸变指数和总压畸变敏感系数。     

不同插板下的航空发动机进口压力畸变试验

为了得到不同插板形状对航空发动机进气畸变的影响规律,分别采用平插板和角插板方式在插板式压力畸变发生器上 开展了某型发动机进气畸变试验,并采用综合指数法对数据进行分析。结果表明：在插板遮挡区域内形成了广阔范围的总压恢复系数小的区域,且平插板形成的范围更大;在发动机0.9状态下,为形成综合畸变指数为13%的畸变,需使平插板插入0.3、角插板插入0.4深度,采用平插板时具有更大的面平均总压恢复系数、更低的流量;在相同发动机转速下,随插板步进,周向畸变指数和面平均紊流度均增大,且在小深度时面平均紊流度对畸变指数贡献大,在大深度时周向畸变指数贡献大;对2种插板的畸变趋势与发动机状态、插板深度的关系进行预测可知,在不同发动机状态下,畸变强度均随插板插入深度的增加而增大。研究结果可为后续发动机进气畸变研究提供依据。     

可移动插板式压力畸变发生器的设计与试验

可移动插板式压力畸变发生器是现代航空发动机稳定性评定试验中的一项关键设备。本文概括介绍了中国燃气涡轮研究院可移动插板式压力畸变发生器的设计与试验。试验结果表明，设计是成功的，研制出的可移动插板式压力畸变发生器能够满足发动机稳定性试验研究的需要。     

基于试验数据统计的畸变特性关联模型

针对常规压气机进气压力畸变试验中采用多组插板、多组安装距离进行逐一尝试,导致试验效率低的问题,收集整理并统计了6台套压缩部件进气压力畸变部分参数的变化规律。利用插板前马赫数作为基准,初步得到不同插板安装状态下综合畸变指数随进口马赫数的关联模型。利用该模型对各种试验状态下的畸变指数进行预测,准确度基本能达到14.0%,为压缩部件进气压力畸变试验插板布局方案的制定提供了参考依据,并可提高试验效率。另外,关联模型还揭示,相比于气动界面与插板距离,插板深度对畸变流场的影响更大。     

高速涡轮发动机压缩部件低雷诺数影响研究

为了分析马赫数3.0量级高速涡轮发动机在高空22.5 km范围内,雷诺数变化对多级压气机气动性能的影响,采用Wassell特性修正与经验曲线拟合的方法,评估了低雷诺数条件压气机工作点效率、压比、流量的变化。利用S1计算程序分析了低雷诺数条件下基元叶型的流动特征,探讨了减小雷诺数影响的叶型设计规律。通过加入转捩模型的3维仿真模拟了地面和高空典型工况的气动特性,分析了低雷诺数对多级压气机稳定性的影响。结果表明：压气机在高空18.5 km和22.5 km喘振裕度相比地面条件下分别减小了5.61%和8.12%。综合对比仿真法和经验法对多级压气机性能预测结果,认为仿真法考虑了多效压气机在低雷诺数条件下级间匹配变化的影响,更适用于对压气机高空全转速特性的预测。     

涡轴发动机稳定性实验研究

为了评定涡轴发动机的稳定性,采用了可移动插板式压力畸变发生器评定方法对其稳定性进行评定,通过分析喘振时的压力信号,得到了临界状态下的各种参数和临界畸变指数,在此基础上间接地比较了四台发动机的稳定性的好坏,并且发现该发动机由于离心压气机首先失稳从而引起发动机喘振,且低转速下对喘振的容忍能力要高于高转速状态,这些结论可以作为该型涡轴发动机改进和设计使用的参考依据.     

多种形式插板的压气机进气总压畸变实验研究

为了弄清国军标GJB/Z64-2004采用简单的单个弦月形插板作为进口总压畸变评定实验用的标准插板的缘由,在双级低速轴流压气机试验器上开展了四种不同形式插板的进气总压畸变实验验证研究,并详细比较了各插板的综合畸变指数特性。结果表明：单个弦月形插板作为进口总压畸变评定实验的标准插板,其结果是偏保守、严格的,动态畸变指数和稳态畸变指数在综合畸变指数中所占比例相当,并且插板实验能够产生足够大的动态畸变。     

某涡扇发动机多级高负荷风扇/压气机气动性能数值模拟

针对某涡扇发动机高空低雷诺数下的应用需求,利用Numeca三维数值模拟软件对其多级高负荷风扇/压气机进行地面0km及高空21km工况下各转速的气动性能评估和流场分析.结果表明:该4级风扇的三维数值模拟结果与实验结果吻合良好,仿真精度能够满足工程精度要求,从0km升至21km,风扇进口叶弦雷诺数从106降至105量级,风...     

2种进气畸变流道结构对航空发动机

基于某型航空发动机插板式进气总压畸变试验,重点分析了进气段采用收敛形和直线形2种进气流道结构对发动机进口总压畸变流场的影响,并对3维数值模拟结果进行了研究。结果表明：在收敛形进气流道结构下,当插板相对插入深度大于45%后,发动机进口总压畸变流场稳态周向畸变指数逐渐减小,且随插板深度增加,发动机进口畸变流场逐渐趋向均匀;直线形进气流道结构在插板深度逐渐增加时,进口畸变指数平稳增大,流场不均匀性增强,能较好地表征发动机进口畸变流场形态     

轻型航空发动机二级涡轮增压匹配模拟

为了使现有轻型航空发动机在海拔高度为10km的高空保持原有动力性不变,需要采用二级涡轮增压,保持发动机在不同海拔高度时稳压腔内的进气密度与海平面的一致.对原发动机在一级涡轮增压的基础上进行二级涡轮增压匹配.这里采用AVL-Boost软件建模,根据实验校验一级涡轮增压模型,然后建立二级涡轮增压模型.考虑小型离心式压气机高...     

多种形式插板的压气机进气总压畸变实验

为了弄清国军标GJB/Z 64A-2004(K)采用简单的单个弦月形插板作为进口总压畸变评定实验用的标准插板的缘由,在双级低速轴流压气机试验器上开展了4种不同形式插板的进气总压畸变实验验证研究,并详细比较了各插板的综合畸变指数特性.结果表明:单个弦月形插板作为进口总压畸变评定实验的标准插板,其结果是偏保守、严格的,动态畸变指数和稳态畸变指数在综合畸变指数中所占比例相当,并且插板实验能够产生足够大的动态畸变.      

高度对航空发动机地面试验性能的影响

本文简要分析了海拔高度对航空发动机地面试验性能的影响和研究该影响的两种方法的优缺点。在此基础上提出了利用高空台压力调控的独特优势,通过不同进口压力对发动机定冲压比性能影响研究来确定其影响的研究方案。某型发动机的试验结果表明,在发动机冲压比1.6、风扇换算转速94.5%96.5%条件下,进口总压在7090 kPa之间得到的发动机换算性能基本一致。这表明环境压力在70 kPa以上（海拔高度3 km以下）时,对研究的发动机而言已经工作在雷诺数自模区,即环境压力的变化对试验换算性能的影响可以忽略。从而,可以利用海拔高度3 km以下的地面试验来确定研究发动机在标准大气海平面静止空气条件下的性能。      

高压压气机进气压力畸变试验

为准确评估高压压气机畸变特性而进行了一系列相关试验,重点阐述了高压压气机进气压力畸变试验方法,提出了对综合畸变指数、动态和稳态畸变成分、门槛值、畸变图谱等特征参数的指标要求,以及测试方案和试验数据处理方法,并据此完成某型高压压气机进气压力畸变试验,获得总压畸变对该高压压气机性能的影响,以及相关稳定性评定数据.试验结果表明:该高压压气机非设计转速压力畸变敏感系数明显高于风扇部件,抗畸变能力弱于风扇部件;设计转速压力畸变敏感系数与风扇部件相当,表现出较强的抗畸变能力和良好的气动稳定性.     

一种用于提高发动机气动稳定性的控制策略

通常,风扇/压气机可用稳定裕度明显高于具体使用条件下的最大值,理论上为发动机性能提高提供了可能。基于上述思想,本文开展了主动稳定性控制(ASC)方法研究,在小畸变下,通过降低稳定裕度要求来提高性能;在超出畸变容限时,必须无条件保证发动机的工作稳定性。建立了进气畸变气动稳定性模型,并嵌入常规控制规律,推导出主动稳定性控制规律,给出相应控制策略。以某涡扇发动机为对象,开展了主动稳定性控制仿真研究。结果表明,在中等畸变强度以下,主动稳定性控制能有效满足降低稳定裕度的要求。