进气畸变下航空发动机失速/喘振适航审定方法

航空发动机失速/喘振问题是适航审定的重要内容之一,针对失速/喘振适航审定方法开展研究具有重要的工程价值。根据中国民用航空规章(CCAR)《航空发动机适航规定》中关于航空发动机失速/喘振的基本要求,从进气畸变对发动机失速/喘振裕度的影响角度出发,以平行压气机模型为基础对某型航空发动机通用特性及失速裕度进行预估,计算结果与实验值仅相差不到1.5%;然后采用三维数值方法计算了进气迎角以及畸变范围变化下多种工况的进口畸变流场,对比分析后总结出航空发动机喘振裕度-进气畸变-飞行状态(迎角)三者之间的变化规律,发展了极限飞行姿态的判定方法;最后,结合中国民用航空规章的相关文件,制订了针对航空发动机失速/喘振的适航审定流程。     

航空发动机适航审定喘振与失速影响因素

将气动热力基础理论与适航领域工程问题有机结合,对典型的喘振和失速影响因素开展了系统的研究,发展了一套多影响因素作用下航空发动机稳定裕度快速预估方法;在此基础上以JT9D发动机为研究对象,开展了喘振和失速主要影响因素的影响规律研究,结果显示对风扇部件稳定裕度影响权重最大的是进气畸变,对增压级和高压压气机影响权重最大的是寿命期内结构衰变。研究结果进一步明确了喘振和失速适航条款符合性验证活动的关键要素,完善了条款适航符合性验证流程,为进一步提升我国民用发动机适航审定能力提供了技术支撑。     

侧风影响下航空发动机失速/喘振适航审定方法

由于压缩系统的喘振和旋转失速问题是航空发动机在运行过程中经常遇到的两类气动不稳定现象,针对中国民航规章(CCAR)中3365条的失速/喘振特性条款进行了解析。并以Rotor 67为研究对象, 从适航审定的角度出发,建立了一种侧风影响下发动机喘振/失速裕度的快速预估方法。该方法的结果表明：当侧风速度为35 m/s时,起飞状态的喘振裕度下降了51%,着陆状态的喘振裕度下降了198%。     

航空发动机静承压件适航符合性验证方法

对《航空发动机适航规定》（CCAR33-R2）新增条款CCAR33.64（静承压件）进行解读与分析,结合试验设计法、数值模拟法开展针对航空发动机静承压件适航条款的符合性验证方法和验证流程的研究.提出针对CCAR33.64的符合性验证流程,并以某型航空发动机低压涡轮后机匣的模型为例进行验证.选取机匣的最大工作压力和1.1倍最大工作压力分别作为加载条件进行数值模拟,得出最大等效应力分别为453MPa和534MPa,最大机匣变形分别为0.366mm和0.432mm,不会出现永久变形或机匣破裂的情况,满足适航要求.验证了该流程的适航符合性,为制定航空发动机静承压件适航指南提供参考依据.     

航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证方法研究

针对航空发动机适航取证的安全性需求,对航空发动机CCAR33-R2.75适航条款进行了解读与分析,明确了该条款的验证要求和方法.将功能危险分析法、故障树分析法和故障模式与影响分析法运用到该验证方法中,并提出了航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证的流程.最后对某型航空发动机进行实例分析,验证了发动机不可控火情对CCAR33-R2.75条款的符合性.该安全性验证方法能够为航空发动机CCAR33-R2.75条款适航符合性验证提供支持.     

民用航空发动机ETOPS型号设计和符合性验证方法研究

航空发动机延程运行（ETOPS）资格是飞机延程运行的基础,为了给国内航空发动机ETOPS 型号设计及适航符合性验证提供指导,研究ETOPS 适航规章形成的历程及航空发动机早期ETOPS 资格的设计和试验要求。分析发动机ETOPS 适航条款与飞机ETOPS 适航条款的关系,提出一种民用航空发动机ETOPS 型号的设计及符...     

民用航空发动机转子包容性适航要求及符合性方法研究

航空发动机转子包容性能够降低飞机损坏的概率，从而提高飞行的安全性，它是航空发动机结构设计的重要环节，也是适航审定重点关注的内容之一。本文从适航规章对于航空发动机包容性的要求出发，研究了与包容性相关的适航条款的发展历程，以及复合材料风扇叶片包容性的专用条件，从而确定包容性相关条款和专用条件的实质要求及符合性方法。最后，通过某型发动机的审查实例，说明满足包容性相关的条款和专用条件需要开展的符合性工作，为发动机制造商的包容性设计以及适航部门的包容性适航审定提供参考。     

民用航空涡轮发动机控制系统电源适航符合性方法研究

针对现行有效的航空涡轮发动机控制系统的电源适航要求,开展了符合性研究。通过研究国内外控制系统电源的适航符合性资料,结合型号审定经验,提出了发动机控制系统电源的适航符合性方法。给出了涡轮航空发动机控制系统电源适航条款的实质性要求,识别了相关的适航符合性工作,包括架构设计、安全性评估、飞机电源品质识别、专用电源能力验证、系统电源能力验证、整机电源故障验证、安装声明。针对每一项符合性工作说明了具体的符合性活动,并概括了相关的符合性要点。在国内某型涡扇、涡轴取证发动机上开展了该策略的应用,证明了符合性策略正确可行。     

1 种民用涡轴发动机吸冰适航符合性试验方法

为了验证涡轴发动机对《航空发动机适航规定》CCAR-33R2条款要求的适用性,根据飞行实践中形成的不同冰型,选定明 冰作为被吸物。设计带有分离层的冰模来降低冰分离的难度,并提高冰的质量;反复测量制冰温降曲线,利用其特点制作出符合要 求的试验用冰。设计投冰系统并根据调试情况进行优化设计,确保其满足试验符合性要求。结果表明：在试验过程中参数正常,发动 机未出现熄火、喘振及发生不可接受的损伤;验证了某发动机满足适航符合性要求。     

下游畸变对压气机性能影响的预测

高技术航空发动机因结构紧凑、气动耦合密切而面临着下游畸变问题,影响压气机的性能,因而有必要研究下游畸变对压气机特性和喘振裕度的影响。本文提供了一种预测轴流压气机出口流场畸变对其特性和喘振裕度影响的方法,并具体分析了下游周向总压畸变对某单级轴流压气机特性和喘振裕度的影响。      

基于攻角预测模型的航空发动机高稳定性控制

研究了发动机稳定性控制问题.作战飞机在超机动飞行时,发动机进口流场畸变严重,采用常规控制并不能保证其稳定工作.针对上述问题,提出了基于攻角预测的发动机超机动飞行高稳定性控制器:首先建立了进气道攻角预测模型,以实时估计发动机进口流场畸变,并在此基础上用增广线性二次型调节器(augmented linear quadratic regulator,简称ALQR)方法设计了高稳定性控制器,最后在发动机/三自由度飞机综合模型平台上模拟大攻角飞行任务进行了数字仿真验证.数字仿真结果验证了提出的控制思想的合理性和可行性.      

基于喘振裕度估计模型的发动机高稳定性控制

为解决超机动飞行中发动机喘振裕度不可测量的难题,提出一种发动机喘振裕度的建模方法.喘振裕度的模型分为常规飞行时的无畸变模型与超机动飞行时的损失量模型两部分.无畸变模型是基于喘振裕度特征选择算法筛选最优模型输入,以非线性拟合方法建模实现;损失量模型则基于在线攻角预测模型实时评估发动机进口畸变度,进而计算获得.而后利用上述估计模型对发动机的稳定性进行实时预测,在不改变发动机原控制回路的基础上,对涡轮落压比控制指令进行喘振损失补偿,实现高稳定性控制.最后,通过大攻角机动飞行的数字仿真,验证了上述方案可以准确控制发动机喘振裕度在11%~13%,保证了发动机工作的稳定性和高效性.      

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。      

航空发动机先进控制概念和高稳定性发动机控制系统研制

简要介绍了近年来航空发动机控制概念和设计思想的发展趋势，着重分析说明了高稳定性发动机控制技术，高稳定性发动机控制技术的特点是将控制的重点放在单个部件上，通过减小部件稳定裕度要求或扩大部件稳定性工作范围来提高部件的性能并实现系统收益。习行试验结果表明，这种控制方法可以较精确地估算和适应发动机进气道畸变并进行实时控制，降低了对设计失速裕度的要求，提高了发动机性能和稳定性。     

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。     

旋转畸变对模态波发展过程影响试验

为探究"危险频率"的物理机制,设计了旋转畸变发生器,对旋转畸变条件下两级低速轴流压气机的失速起始过程进行了试验研究.结果表明:该旋转畸变发生器在不同转速下均能输出类方波状的总压分布.旋转畸变导致压气机总静压升特性下降和稳定裕度损失,并且存在使压气机稳定裕度损失最大的畸变旋转频率.失速起始过程中模态波产生于畸变区,传播到非畸变区时会受到抑制.当畸变旋转频率等于模态波的传播频率时,模态波发展为旋转失速所需的时间最短,压气机稳定裕度损失最大.对失速起始信号的时频分析显示"危险频率"在数值上等于模态波的传播频率.     

整体涡旋流对跨声速压气机Stage 67影响的定常数值仿真研究

为研究不同旋流强度的整体涡旋流畸变对跨声速压气机的影响,本文采用定常数值仿真的方法,基于一种整体涡旋流畸变发生器与Stage67跨声速压气机展开联合仿真研究。通过改变旋流畸变发生器叶片角度,可以模拟不同强度的整体涡旋流畸变流场,在不同旋流进气工况下得到了压气机的压比、效率特性曲线,并针对流场细节进行分析,研究其失速机理。结果表明：同向整体涡有效降低近失速点叶顶通道堵塞程度,使叶片流动损失减小,压气机稳定裕度扩大;反向整体涡加剧叶背气流流动分离程度,引起吸力面尾部低速区面积扩大,导致叶顶堵塞程度的显著加剧,通道流动损失增加明显,造成压气机稳定裕度下降。     

Adaptive feedback control of stability in an axial compressor with circumferential inlet distortion

The adaptive feedback control of stability with circumferential inlet distortion has been experimentally investigated in a low-speed, axial compressor. The flat-baffles with different span heights are used to simulate different distorted inflow cases. Compared with auto-correlation and root-mean-square analysis, cross-correlation analysis used to predict early stall warning does not depend on the distortion position. Hence, the cross-correlation coefficient was used to monitor the stable status of the compressor and provide the feedback signal in the active control strategy when suffering from different distortions. Based on the stall margin improvement of tip air injection obtained under different distorted inflow cases and the sensitivity analysis of cross-correlation coefficients to injected momentum ratios, tip air injection was adopted as the actuator for adaptive feedback control. The digital signal processing controller was designed and applied to achieve adaptive feedback control in distorted inflow conditions. The results show that the adaptive feedback control of air injection nearly achieves the same stall margin improvement as steady air injection under different distortion intensities with a reduced injection mass flow. Thus, the proposed adaptive feedback control method is ideal for the engine operation with circumferential distorted inflow, which frequently occurs in flight.     

进口动态总压流场对燃机稳定性裕度影响

为了得到某燃机发生喘振的原因,在燃机进口进行了动态流场测试,对流场中存在的较大涡旋尺度、较大瞬间动态压力畸变以及与进口涡壳共振产生的转速基频脉动等动态流场特点进行了详细研究,获得了进口动态总压流场特点.试验数据和资料分析表明:进口动态流场的特点使发动机稳定裕度损失加大,从而造成发动机喘振.      

面向适航的航空发动机非线性气动热力建模方法综述

对适航规章关注的喘振和吸雨、吸雹等特殊运行环境安全问题中,航空发动机非线性气动热力模型建立方法开展需求分析及其进展综述。在分析发动机动态特性和过渡态仿真方法基础上,提炼了民用大型航空发动机喘振、吸雨和吸雹仿真的气动热力建模要素。分析认为:相对于容积动力学和传热动力学,转子动力学是发动机最重要的动态特性;流量法仿真精度更高,容积法更适宜于描述发动机高频特性;符合性验证仿真建模可在基于部件匹配的气动热力模型基础上,纳入喘振、吸雨、吸雹的模型要素。分析结果可支持基于试验数据和服役数据进行仿真工具的开发。