温度畸变对发动机和压气机工作的影响

分析了温度畸变和温度、压力组合畸变对发动机和压气机工作的影响，介绍了与空间温度畸变有关的因素，给出典型的试验曲线，提供了评估进口温度畸变对发动机性能和稳定性影响的分析方法。     

进气温度畸变对某发动机稳定性影响的研究

本文采用有效的畸变传递模型，就进气温度畸变对某发动机稳定性和性能的影响进行了较深入的数值研究．详细地分析了温度畸变对发动机稳定性和性能的影响，探讨了温度畸变在发动机系统中的传递和分布情况。结果表明：对于发动机进口空间温度畸变，发动机稳定裕度损失更多地取决于畸变强度而非周向范围：向对于与时间相关的温度畸变，发动机进口温升率比周向范围的影响更为显著。     

进口温度畸变对发动机稳定性影响的数值研究

发动机进口温度畸变是影响发动机稳定性的关键因素之一。进口温度畸变对某新型涡轮风扇发动机稳定性和性能的影响进行了数值研究，得到了该发动机的温升率阈值和温升阈值。分析了畸变在发动机流道中的发展情况，同时给出了温度畸变对发动机主要性能参数推力和耗油率的影响。     

压力温度组合畸变对发动机稳定性影响的数值研究

压力和温度组合畸变对某涡轮风扇发动机稳定性影响的数值研究表明,组合畸变中压力畸变和温度畸变的相对大小,决定了组合畸变对风扇或压气机稳定性影响的严重程度,压力畸变强度较大的组合畸变,对风扇的稳定性影响较大。组合影响系数表示发动机抗组合畸变的能力以及压力畸变和温度畸变之间的相互影响。当组合影响系数大于0时,相互影响加强,反之相互影响减弱。组合畸变对发动机稳定性的影响,不是压力畸变和温度畸变单独影响的简单相加,而是一种非常复杂的非线性关系。     

畸变进气下压缩系统稳定性分析的通用方法

基于逐级平行压缩系统模型，发展了一种分析周向组合畸变对多级轴流压缩系统稳定性影响的通用分析方法。应用此方法对两个多级轴流压气机进行了详细的数值分析，给出了纯压力畸变、纯温度畸变及压力－温度不同位置的组合畸变与轴流压气机喘振裕度损失之间的定量关系。     

发动机在进气温度畸变条件下的特性研究

为定量获得某发动机在温度畸变条件下的特性,采用有效的畸变传递模型,就进气温度畸变对某发动机稳定性和性能的影响进行了较深入的数值研究。详细地计算了温度畸变对发动机稳定性和性能的影响结果,讨论了温度畸变作用下该发动机的多种重要特性。结果表明,所研究的三组温升率均超过了临界温升率,临界高温区范围为180°;温度敏感系数均在统计范围之内,表明该发动机具有较好的抗温度畸变能力。而在上限温度畸变作用下,发动机必须使用防喘系统。     

组合畸变对某型发动机稳定性的影响

压力和温度组合畸变对某涡轮风扇发动机稳定性影响的数值研究表明,该发动机的进口临界压力畸变强度和临界温度畸变强度分别为8.82%和8.60%,风扇的压力畸变敏感系数为2.608,高压压气机的温度畸变敏感系数为2.442.压力畸变和温度畸变的相对大小,决定了组合畸变对风扇或压气机稳定性影响的严重程度.压力畸变的相对最大强度峰值出现在风扇截面时,风扇首先失稳,反之则高压压气机首先失稳.组合畸变对发动机稳定性的影响,不是压力畸变和温度畸变单独影响的简单相加,而是一种非常复杂的非线性关系.     

进气道温度畸变问题的研究

重点研究稳态温度畸变对发动机稳定工作的影响。温度畸变分为周向温度畸变和径向温度畸变两种情况。温度畸变将使发动机喘振裕度降低。情况严重时可使发动机工作不稳定,或发动机熄火,从而危及飞行安全。本文半给出进气道温度畸变和稳定性因子的确定方法,作为进气道／发动机匹配研究的基础。     

压力、温度组合畸变对某发动机影响的数值研究

本文给出了组合畸变的描述参数,详细地计算和分析了组合畸变对某发动机稳定性的影响,讨论和分析了在不同组合相位和畸变强度下的影响情况。计算结果表明:当压力和温度畸变相位完全重合时,压缩系统中将产生最大的稳定裕度损失;如果适当调整压力与温度的组合畸变相位,一种畸变可能削弱另一种畸变,实际上可增加稳定裕度。     

发动机对进气温度畸／瞬变响应的理论研究

建立了模拟发动机工作稳定性的“激盘-滞后-容积”模型，并借助于平行压气机理论，利用数值积分法计算了发动机对进气温度畸/瞬变的响应。重点研究了稳态畸变对喘振工作边界及温度突升对发动机工作稳定性的影响，得到了瞬态稳定工作边界；还研究了稳态畸变与温度突升组合情况对发动机工作稳定性的影响。计算结果与国外资料比较，曲线的趋势一致，结论基本相符。     

进口流场畸变对回流燃烧室出口温度分布的影响

为研究回流燃烧室进口气流流场畸变对出口温度分布的影响,根据压气机出口速度分布对径向和周向畸变速度分布模拟器分别进行了设计,利用数值模拟方法验证了速度分布畸变符合设计要求,并且在三头部矩形回流模型燃烧室上进行出口温度分布试验验证.试验结果表明,进口气流径向畸变和周向畸变都会使出口温度分布不均匀,出口温度分布系数(OTDF)显著提高,且周向畸变时的影响更明显.从温度分布云图及平均径向温度分布系数(RTDF)曲线图可以看出,径向畸变和周向畸变均会使燃烧室出口截面上部产生锯齿状的温度波动并呈现周期性的变化趋势,更加不均匀.      

基金成果简讯

温度压力组合畸变试验和评定方法【项目编号】2003ZI24001【项目负责人】叶巍【依托单位】中国燃气涡轮研究院完成情况简介:本项目研究了温度压力不同方位对临界温升与压力畸变指数的相关性。建立了发动机稳定裕度损失与压力温度畸变的相关方程。摸清温度和压力组合畸变对发动机稳定性影响的机理和在发动机系统中的发展特征,可定量地评定进气畸变影响     

温度畸变发生器的功用及其试验方法

温度畸变发生器是用来模拟飞机武器发射、反推力回流、越过火灾区时在发动机进口产生的温度畸变并研究温度畸变对发动机稳定性的影响。其主要功用 :(1)确定发动机进口温度畸变的临界参数 ;(2 )评定发动机上防喘系统的效能及可靠性。温度畸变试验要获得的参数有 :发动机进口相对临界温升与“高温区”范围、温升率关系曲线 ;相对临界温升与温度畸变发生器工作时间的关系曲线。根据上述结果确定不同换算转速的温度畸变敏感系数 ,确定有、无防喘系统时发动机临界进口温升的增量。此外 ,介绍了温度畸变发生器的主要组成、性能及其试验方法。     

尾喷流吸入对发动机进气畸变的影响

为了研究折返的尾喷流吸入对发动机进口流场畸变的影响特点,开展了发动机不同状态下的尾喷流吸入地面试验,基于测取的发动机进口温度、压力流场数据,分析了发动机进口流场温度、压力畸变特征和影响进气温度畸变强度的因素。结果表明:折返的发动机高温尾喷流吸入会在发动机进口形成明显的温度畸变,此时的发动机进口流场具有温度、压力组合畸变特征;高温尾喷流的吸入会影响发动机进口总压分布,使低压区压力有所升高,总压不均匀性降低;发动机工作状态越高、加力状态保持时间越长,发动机进口形成的温度畸变强度峰值越大;发动机进口温度场的改变滞后于油门杆的动作,是一个动态变化的流场,但尾喷流吸入造成的温升率较小。      

航空发动机进口温度畸变参数和防喘控制系统设计

主要研究了航空发动机防喘控制系统的设计和研制，特别是研究了当战斗机发射导弹时温度畸变对发动机的影响。引入的温度畸变参数包括：进口相对平均温升δT；进口温升率dT／dt；当量热区角Φe；连续温度畸变时间tB。通过试验和数据分析的方法得出发动机防喘控制系统的设计准则，发动机防喘控制系统的研制和飞行试验证明了该设计准则的正确性。     

温度畸变对压缩系统影响的预估模型

介绍了流场温度畸变对压缩系统性能和稳定性影响的预估方法 ,其中包括多区平行压气机模型和动态过程预估模型。分析讨论表明 :温度畸变对压气机或发动机影响的预估方法可同样适用于总压畸变和组合畸变。无论是多区平行压气机模型还是动态分析模型均立足于压缩系统的级特性。预估方法的适用范围需通过一系列实验的验证     

进气压力畸变对某三级风扇流场的影响

介绍了在某三级风扇上进行的固定式插板畸变试验，并详细分析了进气压力畸变对进、出口稳态压力和温度的影响。同时，采用频域和幅值域分析方法对脉动压力进行了分析，给出了脉动压力功率谱密度、幅值概率密度和自相关、互相关分析。     

进气径向畸变对燃烧室性能影响研究与预测

针对燃气轮机在实际运行过程中燃烧室进口速度分布不均匀问题,采用数值模拟方法对直流环形燃烧室开展数值模拟计算,分析了不同进气速度畸变位置与畸变强度下燃烧室的流场与温度分布特性,并给出了一种畸变条件下燃烧室性能预测模型。结果表明：不同进气速度径向畸变位置与畸变强度对扩压器内和机匣前段流场形态影响较大,燃烧室空气分配比例改变,温度分布有所差异。燃烧室工况改变对空气分配比例、燃烧效率和总压损失的影响不大。进气速度畸变对燃烧效率影响不大,主要影响到总压损失的变化。随着畸变程度提高,空气分配比例变化明显,总压损失随之增大。进气畸变对燃烧室出口温度分布的影响规律较为复杂,影响程度与进气畸变的不均匀度、畸变形式和工况密切相关,变化范围为-30%～20%。在此基础上,给出了适用于进气径向畸变条件下的燃烧室部件特性预测模型,经验证预测模型的误差在3.5%以下。     

某型涡扇发动机进口温度畸变的稳定性评定试验技术研究

介绍了温度畸变发生器的组成及工作原理。通过开展某型涡扇发动机与温度畸变发生器的联合畸变试验,确定了发动机各工作状态下的临界热扰动值,获得了该型发动机的温度畸变敏感系数,建立了适用于工程实际的发动机温度畸变方法。试验证明,温度畸变发生器的建立是成功的,是全面开展发动机稳定性评定的有力工具,对我国制定航空发动机进口温度畸变规范有重要意义。      

燃油脉动对温度场影响的数值研究

为了研究燃油脉动对燃烧室温度场的影响,分别对燃油脉动在均匀进口、径向速度畸变进口和周向速度畸变进口中进行了瞬态模拟,分析了燃油脉动在不同进口速度流场中对燃烧室温度场的影响。结果表明:燃烧室出口温度参数随燃油脉动变化呈现出相似的变化规律,但这种响应具有一定的滞后性;燃油脉动造成主燃孔区域燃烧不合理,使得主燃孔截面温度品质降低,出口径向温度分布系数FRTDF产生波动;燃油脉动和进口速度畸变不仅改变了燃烧室出口温度在径向和周向的分布,而且会使在叶尖和叶根处存在高温区,降低涡轮强度;燃油脉动在径向畸变进口中的影响程度最大。