齿轮驱动涡扇发动机结构设计特点分析

随着齿轮驱动涡扇（GTF）发动机进入航线运营日期的临近,业界对这种新型航空发动机的关注度逐渐提高。简要分析了GTF发动机相对于传统涡扇发动机在总体结构、低压部件和滑油系统设计等方面的新特点,指出了增加减速齿轮箱对低压分离式转子设计、低压转子支承和传力路线设计、高速低压涡轮设计和狭小空间润滑等技术的挑战。     

B737的CFM56-3发动机“启动悬挂”的分析和处理

航空发动机的工况和使用环境复杂,而故障和故障现象较多并且十分复杂,所以研究发动机的故障现象及探求其工作原理对于从事航空维修的专业人员来说,有利于及时判明故障点,组织有效的维修排故工作,缩短排除故障的时间。B737-300选装的CFM56-3涡扇发动机。笔者在维护工作中曾遇到过多次该型发动机出现启动悬挂现象,启动过程失效。那么,如何处理这种故障呢？现将该故障的分析和处理介绍如下,以供同行参考。     

基于定部件效率的航空发动机通用性能仿真系统构建

根据飞机设计阶段对航空发动机性能仿真简便、快速和有效的要求,在基于定部件效率的航空发动机性能仿真方法基础上,对航空发动机部件进行通用性建模,并采用面向对象技术构建通用航空发动机性能仿真系统。采用定部件效率模型对航空发动机性能进行仿真,降低了航空发动机性能仿真过程的专业性要求;同时,采用面向对象技术建立通用的航空发动机性能仿真系统,提高了仿真代码的重用性及仿真系统的适用性。利用该仿真系统建立双转子混排涡扇发动机和自由涡轮式单转子涡轮螺旋桨发动机仿真对象模型,并对某型双转子混排涡扇发动机稳态特性进行仿真,验证了仿真系统的有效性。     

民用航空发动机振动配平功能设计

振动故障是航空发动机常见并且危害较大的故障,可能导致发动机运营事故或提前更换,增加航空公司运营成本,进行转子平衡是降低发动机振动的重要措施。根据民用涡扇发动机的设计特点和振动配平相关原理,设计了利用EVMU进行发动机振动配平计算的功能,并通过试验进行了验证。试验结果表明:采用根据EVMU计算出的方案配平发动机,能够有效地降低发动机N1振动值,满足航线使用需求。     

考虑污染物排放的开式转子发动机总体性能建模及分析研究

开式转子发动机兼具涡桨发动机高推进效率和涡扇发动机高飞行速度的特点,是未来民用单通道客机理想动力装置之一。为了掌握开式转子发动机的性能变化规律,明确开式转子发动机相比于常规大涵道比涡扇发动机节油和降低污染物排放的优势,本文基于螺旋桨相似理论和动量理论,建立了考虑前后排桨扇相互影响的对转桨扇模型;与双轴燃气发生器进行匹配,建立了三轴齿轮传动开式转子发动机模型;同时建立了发动机污染物排放计算模型;对同技术水平的开式转子发动机和大涵道比涡扇发动机进行了性能对比。结果表明：所建立的对转桨扇模型与实验结果误差较小,最大误差不超过3%。飞行马赫数增大,桨扇功率系数增大,推力系数减小,耗油率增大;飞行高度增加,桨扇功率系数和推力系数均增大,耗油率呈减小的趋势。相比于同技术水平的大涵道比涡扇发动机,开式转子发动机在典型工况下的耗油率降低9%以上。在飞机起飞着陆循环内,开式转子发动机的UHC,CO和NO_x三种污染物排放指数相比于大涵道比涡扇发动机降低10%以上,表明开式转子发动机可有效降低航空污染物的排放。     

航空涡扇发动机结构强度试验技术发展

航空涡扇发动机是军民用飞机的主要动力装置,航空发动机结构强度试验目的是验证发动机整机及零部件结构的强 度、变形、振动、疲劳、蠕变、损伤容限、寿命及结构可靠性等是否满足设计规范、标准和实际使用需求。目前,中国开展的相关结构 强度试验种类主要有零部件振动、转子件、结构静力与疲劳、热强度等试验。从航空涡扇发动机对强度试验的需求分析出发,对其 强度试验技术进行概述,归纳了研制规范和技术发展方面对强度试验的需求,简述了强度试验技术国内外专业发展现状,分析认 为中国与国外先进水平在试验硬件设备、适航性专用试验技术和能力、先进试验技术的自研能力方面存在差距与不足,提出夯实 现有强度试验相关的技术基础、紧跟先进的强度试验技术发展、提升围绕发动机极端工况需求的研制能力的强度试验技术的发展 思路和方向。     

高涵道比涡扇发动机结构与力学性能定量评估

针对高涵道比涡扇发动机结构设计需求,提出转子系统、承力系统和整机的结构效率评估参数,建立了结构设计参数与力学特征参数之间的联系。典型发动机评估结果表明:受大尺寸风扇限制,高涵道比涡扇发动机低压转子系统的平均应力系数在0.2~0.3之间,低于其他类型的航空燃气涡轮发动机。在工作转速范围内,低压转子不可避免地存在弯曲型临界转速,须将转子连接结构设计在低应变能区域。机动飞行中,整机的转静间隙值变化范围为［-1.4,1.0］mm,低压涡轮是间隙控制的重点位置。      

某型航空发动机整机振动分析

针对某型航空涡扇发动机整机振动过大现象进行测量并应用Matlab语言对该发动机振动信号进行了详细的时域、频域、三维谱阵分析.根据发动机转子各故障的典型特征,认为某型发动机振动异常的主要是因为高、低压转子不平衡和转动件与静止件碰摩造成的.所得出的结论对航空发动机故障诊断有一定的参考价值.     

基于单元体设计的航空涡扇发动机装配标准研究

针对目前航空发动机在装配过程中装配标准缺失的问题,在对传统航空发动机和基于单元体设计的航空涡扇发动机的装配流程进行对比分析的基础上,给出基于单元体设计的航空涡扇发动机装配过程中需要采用的装配过程标准、工艺方法标准、检测方法标准、工装及设备标准、技术基础标准等内容,并对航空发动机装配标准编制工作开展提出了建议.     

航空发动机粉末冶金涡轮盘的新发展

为满足现役航空涡扇发动机改进改型和新型航空涡扇发动机研制的需要,航空发动机设计与制造商开发了新一代高温粉末合金材料,同时,根据涡轮盘的特殊工作条件,研究了双性能涡轮盘和双性能整体涡轮等综合技术。     

基于故障检测的某涡扇发动机维修决策方法

为有效解决某涡扇发动机过度维修造成发动机性能衰减、维修周期长、维修成本高的难题,以某涡扇发动机大修手册和维修工艺为依据,研究了基于故障检测的发动机维修流程和修理模式,建立专家诊断系统和基于BP(back propagation)神经网络的故障诊断模型,并用数台涡扇发动机真实性能数据验证故障诊断模型的可靠性,其诊断准确率高达95%,综合两者的诊断信息,制定可靠的维修方案,优化维修流程,提出了一种基于故障检测的维修决策方法.通过某涡扇真实排气温度高发动机应用验证表明:所提出的维修决策方法,有效排除故障,提高发动机的修理质量,降低维修成本,具有良好的工程应用价值.      

弹用涡扇发动机的特点及其发展动向

远程巡航导弹均用涡扇发动机作为主发动机.这种弹用涡扇发动机与普通航空涡扇发动机相比具有许多不同的特点.其基本特征是小体积、小推力、低成本和短寿命.本文讨论了这种弹用涡扇发动机的设计准则、总体性能、结构、制造工艺及其发展动向.     

非线性反演控制律在航空发动机多变量控制中的应用

主要研究了非线性反演控制规律设计方法在航空发动机控制中的应用.首先基于小偏差线化模型建立了航空发动机的非线性仿射模型, 讨论了非线性反演控制规律的设计方法.最后, 针对某型涡扇发动机运用非线性反演控制规律设计方法设计了双转子转速控制规律, 并给出了仿真结果, 仿真结果表明这种控制规律的设计方法在航空发动机控制中是可行的.      

涡扇发动机可调静子叶片控制规律研究

航空发动机高压压气机采用可调静子叶片,可改善高压压气机的工作特性,扩大喘振边界,保证发动机稳定工作;通过优化可调叶片角度控制规律,还能提高发动机性能。基于双转子涡扇发动机的试车数据,介绍了可调叶片角度的控制方法,研究了可调叶片角度在低转速和高转速时的控制规律,分析了打开可调静子叶片角度对发动机性能的影响。研究表明,高压转子转速较高时,通过调节可调静子叶片角度,可以降低高压转子的物理转速,增加转子转速裕度,降低机械负荷,增加发动机在翼使用时间。     

低压转子分出功率对高空长航时无人机发动机的影响

建立了高空长航时无人机发动机性能计算模型,引入雷诺数对发动机部件性能影响的修正,编制了相应的计算程序.计算分析了不同类型的中小推力涡扇发动机在高空条件下低压转子分出功率对发动机和核心机状态的影响,以及高/低压转子同时分出功率对发动机的影响,并对分出功率在高、低压转子的分配比例进行了分析.结果表明:在高空条件下,与高压转子分出功率相比,低压转子分出功率能明显改善无增压级涡扇发动机的风扇/压气机喘振裕度和带增压级涡扇发动机的增压级喘振裕度,能在保证发动机稳定工作的前提下,大幅度提高无增压级涡扇发动机的高空分出功率能力,有效提高带增压级涡扇发动机的高空分出功率能力,此外,低压转子分出功率可使核心机的转速、换算流量、增压比提高9%~14.8%,能有效地挖掘核心机的潜力.      

航空发动机结构系统的可靠性模型

为使航空发动机可靠性模型误差更小,对航空发动机传统可靠性模型进行误差分析,指出可靠性指标扩张的原因,建立了考虑航空发动机结构系统及其失效力学特征的基于结构系统失效模式的航空发动机可靠性模型,并给出了各层的可靠度计算方法.所建立的基于失效模式的航空发动机结构系统可靠性模型考虑了失效模式的相对独立性、时效性和失效率的时变性,可以避免重要失效模式的遗漏、可靠性指标的过度扩张等问题,具有较强的工程适用价值.      

大涵道比涡扇发动机滑油流量中断

基于GJB 241A-2010、JSSG-2007B等国内外军用标准规范,分析了航空发动机滑油流量中断工作能力通用要求以及试验验证通用要求.针对大涵道比涡扇发动机,分析指出其使用特点与战斗机发动机有明显差异,其滑油流量中断工作能力要求不能直接照搬军用标准的相关规定.根据运输机发动机的使用特点分析,借鉴国外航空发动机的相关技术经验,提出了大涵道比涡扇发动机的滑油流量中断工作能力要求以及滑油流量中断试验的程序与方法.     

多核心机的涡扇发动机原理分析

说明了多核心机的涡扇发动机的结构原理。其结构与常规的三轴涡扇发动机的主要区别在于：发动机的核心机部分由环绕发动机轴线均布的多个子核心机单元体所组成,并采有了中压空气冷却措施,是一种具有独特结构和热力循环的新结构概念的涡扇发动机。通过对多核心机的涡扇发动机的热力循环论计算和结构原理分析,论述了超高压比的条件下具有的突出优点。多核心设计可以克服超高压比条件下常规涡扇发动机的压气机效率和稳定工作裕度严重下降的困难,实现超高压比,低耗油度,由于采用了中压空气冷却,在燃烧室出口温度不变的条件下,提高燃烧室加温比和发动机的单位推力,多核心机可缓解部件可靠性设计的诸多技术难题,加之采用单元体结构设计,使其具有高的可靠性,安全性和可维护性。     

基于灰色神经网络的航空发动机振动故障诊断方法研究

针对某型双转子航空涡扇发动机台架试车中出现的振动异常现象,提出了一种基于灰色神经网络的航空发动机故障诊断方法,该方法不仅具有灰色关联度故障诊断方法计算量小、准确率高等优点,同时具备了神经网络强大的并行处理能力和良好的容错性。实例证明,该方法能够简单有效地诊断出航空发动机台架试车中出现的常见故障,为航空发动机故障诊断提供了一个新的途径。     

推重比15一级发动机关键技术及分析

围绕下一代窄体客机发动机,介绍了目前国外飞机和发动机生产商方案选择的一些思路,叙述了传统涡扇发动机、齿轮传动涡扇发动机和开式转子发动机的最新进展,预测了发展趋势。