某型涡轴发动机台架试车喘振故障分析

压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率(通常只有几赫或十几赫)、高振幅(强烈的压强和流量波动)的气流振荡现象.一旦出现喘振,发动机音调低而沉闷,并伴有非常强烈的机械振动,会使压气机叶片断裂,引起发动机熄火停车,严重威胁发动机安全工作,因此,在使用中应避免喘振现象发生.     

某型涡轴发动机喘振攻关与验证

针对某型涡轴发动机夏季试车时常发生加速喘振故障的问题,使用故障树初步分析引起喘振的主要原因,并通过径向扩压器叶片进行流场仿真、串装、多台发动机对比计量、试车试验等,对喘振原因进行深入分析。研究表明径向扩压器进口叶根倒角变大对发动机加速性能有一定程度的改善作用,大气条件对发动机加速性有一定影响,径扩面积越大、叶根圆角与进气边转接越顺滑,越有利于加速性能。     

某涡轴发动机整机逼喘试验研究

根据某型涡轴发动机研制的需要,在整机试验台进行了逼喘试验方法的探索,本文详述了发动机逼喘、试验方法设计、试验装置及试验过程,最后对试验结果进行了分析,研究结果表明利用该发动机上的飞机引气口接入高压气源的方法能够成功地进行该型发动机的整机逼喘试验,从而能够真实获得压气机装在整机上工作时的喘振边界线.      

基于台架试验的涡轴发动机喘振发生位置规律

为了探究某型涡轴发动机喘振发生位置规律,采集并分析了台架喘振试验时进气道、轴流压气机叶尖、轴流压气机出口和离心压气机出口的压力信号。采用连续小波时频变换对压力信号进行特征提取,以小波系数作为喘振信号特征,阈值为小波系数最大值的10%,结果表明:某型涡轴发动机的轴流压气机总是比离心压气机先发生喘振,喘振在轴向上由进气道向离心压气机传递的同时,在周向上也沿着压气机转子叶片旋转方向传递。对某型号发动机进行实时喘振监测时,监测轴流压气机能比监测离心压气机更早发现喘振,在后续某型涡轴发动机改型设计时,可增加轴流压气机的喘振裕度来提升整机防喘能力。      

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.     

涡轴16发动机首次台架试车成功

阿蒂丹3C／涡轴16发动机首次台架试车成功标志着该发动机项目进展顺利,也体现了赛峰集团和中航工业良好的合作。     

新研民用涡轴发动机起飞状态喘振试验

为了深入研究大功率、高风险状态下喘振对发动机安全工作的影响,以某新研民用涡轴发动机为平台,采用从外部向压气机出口快速引入高压空气的逼喘方法,完成了起飞状态整机喘振试验研究,综合分析了喘振过程非定常流、固、热、声耦合现象。试验结果表明,起飞状态喘振时,发动机出现多次明显的放炮、喷火、冒烟等现象,气流参数大幅波动;受燃气温度较高的影响,起飞状态喘振一旦发生可短时引发数次喘振;发动机控制系统采用合理的燃油控制规律和导叶角度偏离诊断策略,可有效缓解喘振时燃气超温现象,帮助压气机导叶角度快速恢复和发动机退出喘振;喘振时发动机转子基频幅值没有明显变化,机匣径向振动总量未超过限制值。试验验证了发动机具备承受起飞状态喘振的工作能力。     

航空发动机整机试车试验流程管理系统

介绍了航空发动机整机试车试验流程管理系统的设计思想、功能和特点.该系统是依据多种发动机试车工艺规程所设计的,用以收集和管理试验发动机从上台到下台全过程的相关信息.应用该系统,可为发动机研制提供翔实、准确,且易于管理的试验信息.     

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。     

发动机喘振裕度自适应控制

本文研究飞行 /推进系统一体化控制中的发动机喘振裕度自适应控制。通过一定的控制作用 ,使发动机在所有飞行条件和工况下都保持一定的喘振裕度 ,从而充分发挥发动机的潜力。将发动机大偏差模型、进气道及飞机模型综合在一起 ,构成飞机 /推进系统一体化数学模型 ,以进行发动机自适应控制的仿真。计算机仿真表明 ,发动机自适应控制具有很好的性能效益 ,例如在飞行高度 H=10公里 ,飞机由 Ma=0 .65加速到 Ma=0 .90 ,在采用自适应喘振裕度控制后 ,双发动机推力提高 16 ,飞机加速时间缩短 2 3 ,大大提高了飞机性能。     

Approximate Nonlinear Modeling of Aircraft Engine Surge Margin Based on Equilibrium Manifold Expansion

Stable operation of aircraft engine compressions is constrained by rotating surge. In this paper, an approximate nonlinear surge margin model of aircraft engine compression system by using equilibrium manifold is presented. Firstly, this paper gives an overview of the current state of modeling aerodynamic flow instabilities in engine compressors. Secondly, the expansion form of equilibrium manifold is introduced, and the choosing scheduling variable method is discussed. Then, this paper also gives the identification procedure of modeling the approximate nonlinear model. Finally, the modeling and simulations with high pressure (HP) compressor surge margin of the aircraft engine show that this real-time model has the same accuracy with the thermodynamic model, but has simpler structure and shorter computation time.     

基于动态系数的涡轴发动机平衡流形模型建模方法

以涡轴发动机线性模型为基础,通过分析状态变量对不同参数的影响,建立简化的传递函数模型。将传递函数转换成状态空间形式,推导出动态系数法模型的平衡流形展开形式,确定了建模要素。然后进行离散化分析,结合平衡流形原理,获取了分别基于加减速试验和阶跃辨识试验求取动态系数的方法,根据试验数据计算出动态系数,并分析了两种方法计算结果的一致性。最后对模型精度进行验证,结果表明所采用的动态系数计算及建模方法是正确的,模型稳态误差小于1%,动态误差小于4%,能够满足工程需要。     

某型发动机台架试车喘振故障分析

针对某型涡扇发动机整机地面台架试车中遇到的喘振故障,从研究多级轴流式压气机在低转速下发生喘振的机理出发,查找发生喘振故障的根源。分析发动机试车中喘振前后所采集到的数据,确认高压压气机可调导向器叶片角度及转差不合适是导致喘振故障发生的主要原因。     

基于在线滚动序列核极限学习机的涡轴发动机非线性模型预测控制

针对涡轴发动机控制系统设计,提出了1种基于在线滚动序列核极限学习机的非线性模型预测控制方法。综合考虑直升机旋翼扭矩、燃气涡轮转速、动力涡轮转速、涡轮级间温度和压气机喘振裕度等信息,设计具有较好实时性、精度和泛化能力的多输出在线滚动序列核极限学习机作为预测模型,引入预测模型输出与发动机输出的误差进行反馈校正,利用序列二次规化算法在线求解包含限制约束的预测控制问题。在某型直升机/涡轴发动机综合平台的仿真环境中进行了直升机大幅度机动飞行仿真验证,结果表明:该模型预测控制器相比于传统串级控制具有更好的控制品质,可显著降低动力涡轮转速超调/下垂量。     

压气机稳定边界的数值预测研究

为研究不同压气机稳定性预测方法的准确性,采用最大静压升系数法与商用CFD软件,对某4级低速压气机的稳定边界进行了数值模拟,并与试验结果对比。计算结果表明:最大静压升系数法在预测压气机稳定边界上有一定的准确性。使用商用CFD软件NUMECA对某4级压气机进行模拟计算,考虑了不同的网格划分方案、使用不同的湍流模型和差分格式等因素,以出现数值发散作为压气机失稳的标准,结果表明:主流区的网格对计算结果影响较大。不同差分格式的结果显示,中心差分格式的结果最好。     

批生产及翻修发动机稳定性检查方法的研究

在国内外发动机稳定性评定技术的基础上,分析研究了发动机的可用稳定裕度应等于或大于多个降稳因子的需要稳定裕度之和。其中包括批生产和翻修后发动机制造、装配公差对喘振裕度的影响。基于这种认识,参照第三代发动机的使用实践,提出了批生产试力和翻修后发动机试车的失速边界的验收方法。即在畸变条件下发动机在稳定工况及遭遇加速“bodie”加速操作时检查稳定性的方法和验收难则。此外也提出了控制发动机试车质量的技术途径。     

基于在线滚动LS-SVR的涡轴发动机混合预测控制

提出了一种串级PID+非线性模型预测控制(NMPC)的混合控制方案,用于涡轴发动机控制系统中。其中:主控制回路采用串级PID控制器以消除静差保证系统稳定;带约束优化的预测控制器则用于实时燃油补偿,以增强发动机系统对直升机功率需求的快速跟随能力。该预测控制器是基于在线预测模型实现,首先在VC环境下设计在线滚动最小二乘支持向量回归机(OSLS-SVR),在线训练高精度、实时性好的内嵌式预测模型,其测试精度可达3‰;而后利用该模型与序列二次规划(SQP)算法完成滚动优化,建立预测控制器;最后,在UH-60A直升机/T700涡轴发动机综合模型仿真环境下,通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了该混合预测控制方案对大扰动具有较强的抑制能力及鲁棒性,从而使直升机获得更好的机动性能。     

某型发动机防喘/消喘控制系统分析研究

某型发动机研制过程中,防喘/消喘控制系统是其设计的薄弱环节及影响安全的关键之处。为解决这一问题,利用某型综合电子调节器及内外场专用设备对其防喘/消喘控制功能进行了详细的研究分析。研究表明:发动机防喘判据应根据发动机高压压气机转速和发动机进口压力进行动态修正,同时,应对系统采取一定保护措施,以提高系统工作的可靠性和安全性。      

加力涡扇发动机喘振与消喘模拟

基于气动耦合原理,发展了涡扇发动机风扇出口分流环计算模型,并进一步基于多级轴流压气机系统的逐级单元控制体模型,建立了混合加力涡扇发动机喘振及其喘振消除的数值模拟方法,并将其应用于某型全台加力涡扇发动机过失速特性模拟。在加力状态下采用收小尾喷管喉道面积诱导了风扇压气机过失速—喘振过程,并给出了预先对加力燃烧室实施切油消除风扇压气机喘振数值模拟结果。