航空发动机涡轮后燃气温度检测系统设计及关键技术研究

航空发动机自动控制系统通过监测发动机涡轮后燃气温度,来实现对发动机涡轮前燃气温度的实时限温控制,从而避免发动机超温故障的出现。针对目前航空发动机涡轮后燃气温度测试精度偏低的工程现状,基于热电偶测温原理,提出了一种高精度涡轮后燃气温度实时检测技术的软、硬件设计方案。设计了一种基于温度校准仪的试验方法对其开展了系列试验,验证了系统的检测精度,并通过数据对比研究了延长导线规格、解算方法等关键因素对航空发动机涡轮后燃气温度检测精度的影响。     

基于核主元分析方法的燃气涡轮发动机燃烧系统实时监测与诊断

针对燃气涡轮发动机燃烧室状态监测方法不足,故障定位难和故障早期发现难的问题,以涡轮排气温度场周向数据为分析依据,通过研究燃气在涡轮通流部分的偏转规律,利用核主元分析(KPCA)方法对经过有效性处理后的温度场数据进行分析,并结合两台发动机的故障数据,分别对燃烧系统自身故障和热电偶传感器故障进行检测与识别,验证了排气温度场燃气偏转规律与核主元分析相结合的方法对燃烧系统故障和传感器故障进行诊断的有效性.结果表明:该方法能够将安装了环管式分布火焰筒的燃气涡轮发动机燃烧室的故障诊断定位层次从目前的燃烧室这个大部件提高到火焰筒级别的小部件.      

燃气涡轮发动机磁悬浮轴承试验台的稳定性研究

介绍了国内外磁悬浮支承技术在燃气涡轮发动机领域中的最新应用水平，推导了磁悬浮轴承--柔性转子系统动力学理论，并将其应用于某燃气涡轮发动机磁悬浮轴承试验台的稳定性研究中，解决了国内以往磁悬浮轴承试验台稳定转速达不到设计工作转速的问题，最后进一步提出了磁悬浮支承技术在燃气涡轮发动机领域中应用的系统动力学设计思想。     

涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力分析

针对涡轴发动机燃气涡轮叶片动应力试验测点位置选取、动应力测试结果开展了系统的分析研究。采用有限元方法对燃气涡轮叶片进行振动分析,结合测点敏感性、叶片模态试验和不平衡量分析对燃气涡轮叶片动应力试验测点位置进行了优化,根据优化后的测点位置方案开展了动应力试验,并从共振转速、激振源、危险模态、高周疲劳评估等方面对动应力试验结果进行了分析。研究表明：非明确结构激振可导致燃气涡轮叶片1阶共振;对于在工作转速范围内存在共振的燃气涡轮叶片,若高周疲劳评估满足要求,也可安全使用。研究工作可为燃气涡轮叶片振动设计提供参考。     

TB2-117A型发动机喘振停车故障分析及排除

喘振是燃气涡轮发动机压气机一种不正常的工作现象,也是燃气涡轮发动机的特有故障。发动机喘振时,不但性能变差,还会引起自动停车。如果处置不当,使发动机在喘振工作条件下时间稍长,压气机、涡轮等部件就会因高温和振动而严重损坏。研究压气机喘振的目的是要弄清喘振的原因和条件,制定预防措施,以便正确使用与维护。一、故障现象     

液体火箭发动机涡轮泵耦合分析

为提高液体火箭发动机工作可靠性,防止灾难性故障发生,避免其涡轮泵旋转频率与燃气脉动频率耦合,对涡轮泵的激励传递途径进行建模分析研究得出了发生器燃气压力脉动是重要激励源的结论。通过构造涡轮盘旋转频率与激励的耦合准则,计算得到了发动机涡轮泵工作时存在的耦合转速区,并对发动机热试车耦合情况进行了分析验证并得到了一致结论。      

燃气涡轮发动机的外场清洗技术

航空燃气涡轮发动机外场清洗技术,是燃气涡轮发动机的一种重要维修手段。它是指在不拆卸发动机整机的条件下,对其实施定期或视情的燃气通道清洗。目的是恢复发动机在使用中劣化了的性能,并减少发动机的性能故障,延长发动机的使用寿命。燃气涡轮发动机,例如涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机及地面燃机,均可采用这种维修手段。     

发动机状态监视和故障诊断系统的发展

航空发动机状态监视和故障诊断系统的研究已有30多年历史,现在,这种系统已广泛用于各类先进的航空发动机和非航空燃气涡轮发动机。现在国外还在不断研究新的状态监视和故障诊断系统,这包括机载实时诊断系统、智能发动机状态监视和远程故障诊断系统。     

舰载全电推进系统智能燃气轮机的关键技术及发展展望

随着对性能、运行安全和节能减排的日益重视,对燃气涡轮发动机的设计要求越来越高。在过去的10年中,智能燃气涡轮发动机由于可以兼顾性能及可靠性而越发受到重视。通过提炼智能燃气涡轮发动机的收益及挑战,系统回顾了智能燃气涡轮发动机涵盖的技术领域及需求。通过与航空发动机及地面燃气轮机的典型任务剖面差异进行对比,提出针对舰载燃气涡轮发动机智能化特色需求。在此基础上,梳理出进气畸变实时监测及畸变指数评估、压缩系统喘振预警及叶片振动监测、高压涡轮自适应热管理和高温旋转件叶尖间隙测试4项关键技术。重点讨论了每项关键技术带来的收益、国内外研究现状及实施这些技术所面临的挑战。然而,上述关键技术的落地仍需从单一技术的成熟及完善、多维度的技术收益论证2个层次持续开展相关工作。     

航天飞机主发动机高压燃料涡轮泵的故障模式

对航天飞机主发动机(SSME)高压燃料涡轮泵(HPFTP)的故障模式作了归纳总结,深入分析了HPFTP关键部件故障的问题及其解决办法.研究表明:①SSME的HPFTP故障模式与一次性使用液体火箭发动机液氢涡轮泵、航空燃气涡轮的故障模式存在很大的差异;②影响HPFTP寿命的重要故障模式是涡轮叶片的断裂与热防护装置的热机械疲劳故障;涡轮叶片的断裂主要由高温蠕变效应与高速旋转离心力所引起.HPFTP启动、关机瞬态效应对涡轮叶片的影响也很严重,在涡轮叶片寿命预估时必须考虑这些因素;③HPFTP次同步振动问题是SSME HPFTP设计初期面临的一个重要故障模式,主要由轴承与泵级间密封引起的;④启动隔离密封这类HPFTP专有密封件的故障模式也是HPFTP故障模式的重要组成部分.      

Research on windmill starting characteristics of MTE-D micro turbine engine

Micro turbine engine (MTE) is an important kind of propulsion system for miniature unmanned aircraft or missiles, because of its better high-speed performance (than propeller propulsion) and higher propulsion efficiency (obviously than rockets). Windmill start is a common air-starting mode used in micro turbine engine. The windmill starting characteristics are important to the practical use of micro turbine engine. In this paper, the windmill starting characteristics research for a 12 cm diameter (MTE-D) micro turbine engine is carried out by experiment and numerical simulation. The characteristic of rotor mechanical losses at low-speed condition is stud- ied, and the engine common working line of windmill starting process is obtained. Based on the engine windmill characteristics, the propane ignition characteristics under different inflow conditions are researched, and the envelope of propane ignition and propane flameout is determined. The experimental research of fuel supply and ignition characteristics is completed, and the envelope of fuel supply and ignition is obtained. The windmill stage, propane ignition stage, fuel ignition stage and acceleration process from idling-speed to 80% full speed of MTE-D micro turbine engine is optimized, and the optimization windmill starting parameters are collected. The successful wind-mill starting experiment under this condition with engine speed up to 80% full speed indicates that these starting parameters are reasonable. All the starting parameters of MTE-D micro turbine engine obtained in this work are dimensionless parameters, and the conclusions obtained in this study have some reference to other micro turbine engines with the similar structural form and starting process.     

液氧煤油补燃发动机起动过程氧预压泵加速起旋方案研究

为降低液氧煤油补燃发动机起动所需入口压力,需解决起动过程氧预压泵起旋迟缓产生附加阻力导致主泵入口压力过低而发生断裂汽蚀的问题。开展了两种预压泵加速起旋方案研究,分别为已工程应用的液氧涡轮方案和本文提出的氦起动涡轮方案。对比介绍了两种方案对发动机气液系统和预压泵结构的影响。建立了预压泵加速起旋相关的数学模型,针对加速起旋机理、效果和影响因素等进行了仿真分析。结果表明:液氧涡轮方案,预压泵结构变化较小,为提升加速起旋效果,涡轮供应路应尽量增大通径、缩短长度,降低动态流阻和静态流阻,涡轮喷嘴流通面积则需根据其对涡轮流量和压降的综合影响来选择。氦起动涡轮方案,预压泵结构和流路变化较大,起动涡轮速比和效率是降低氦气用量的限制性因素。     

S-76A直升机的起动可靠性分析

本文在讨论S-76A直升机装备的Allison-250-C30涡轴发动机的起动符点的基础上,分析了影响起动可靠性的因素。提出了严格起动程序,正确使用规范,以提高使用可靠性,最终保持系统固有的可靠性。     

某微型燃气轮机适应高原起动的技术方案

为满足某微型燃气轮机能同时在平原及不低于4500m高原地区安全可靠运行,通过设计减小单油路离心式燃油雾化喷嘴的流量数,以及改变喷嘴与供油控制系统的耦合工作特性,设计利用起动泄油系统,在降低点火与起动过程供油量的同时提高了燃油喷嘴的雾化及点火性能,解决了高原起动超温问题。平原及高原地区试验证明,点火起动成功率为100%、高原起动过程最高排气温度为720℃,与原设计状态在平原环境工作时一致、起动时间小于40s,可保证平原、高原点火和起动过程的安全性与可靠性,满足平原、高原条件下的燃气轮机性能。      

基于OPC技术的气体加温压力FCS系统

介绍了基于OPC技术的气体加温压力FCS系统的设计思想、结构和特点,以及控制原理。该系统应用于航空发动机空气涡轮起动机的起动控制,形成了一体化、网络化和信息化的新型航空发动机整机试车测控系统。     

混流式水泵工况起动过渡过程导叶漏水的计算

本文利用动量矩定理推导出抽水蓄能电站水泵轮机导叶漏水量与漏水转矩的计算公式。同时在考虑漏水转矩的情况下,完成了两座抽水蓄能电站混流式水泵机组泵工况起动过渡过程的校核计算,分析了导叶间隙、漏水量等对起动过程的重要影响,过大的导叶间隙将使机组不能起动。计算分析表明,本文提出的考虑导叶间隙漏水影响进行泵工况起动过渡过程的计算方法是正确的。正确考虑漏水转矩影响,对水泵水轮机的运行特性和过滤过程的准确计算具     

基于UG 的燃气轮机起动离合器动力学仿真

为了解某燃气轮机起动离合器的工作过程,采用UG运动仿真技术对该离合器的起动和脱离过程进行了动力学仿真研究。根据离合器的结构建立了3维实体模型并设置了载荷输入,计算了在起动瞬间制动爪的受力情况和在脱离阶段各零件的运动状态。研究结果表明:在起动瞬间,棘轮和制动爪之间的空程导致了主动与从动部件之间有较大的冲击作用,可能引起零件失效;在脱开阶段,制动爪能与棘轮的棘齿平稳地脱离,没有因为起动电机的扭矩作用或燃机自身的加速而产生刮碰现象。分析了影响最大冲击力的主要因素,并通过仿真得出了空程距离与最大冲击力之间的关系,对离合器的设计和使用提出了建议。     

粉末合金轮盘关键部位多圆弧转接降应力研究

为了验证某型航空发动机粉末合金涡轮盘低循环疲劳寿命,在旋转试验器上进行了涡轮转子的低循环疲劳寿命试验。在试验过程中有轮缘凸块和配重块断裂飞出,导致试验失败,得出该低循环疲劳试验故障的主要原因是裂纹起始部位的局部应力偏高。通过建立故障部位的单圆弧、双圆弧和3圆弧局部模型进行有限元计算,研究了转接圆角处的应力与转接圆角半径的关系。研究结果表明:采用3圆弧转接方法对粉末合金涡轮盘寿命考核部位进行改进设计是最佳方案,降低了轮盘考核部位应力,提高了轮盘寿命,并通过了试验验证。     

燃气轮机分布式控制系统设计

阐述了燃气轮机分布式控制系统的技术方案,详细介绍了该系统的硬件电路设计、软件设计和控制模块机箱设计,为配合动力控制系统的发展提供了新的思路。     

涡轴五燃气轮机燃用半水煤气的试验研究

介绍了涡轴五燃气轮机燃用半水煤气 (热值为 890 0 k J/ Nm3 )的燃气发生器的整机运转性能试验。分析了燃气轮机燃用低热值的气体燃料后对起动点火、起动加速、燃气温度场分布和整机性能的影响。试验结果表明 ,燃气轮机燃用半水煤气后 ,它的点火可靠性、燃烧稳定性及燃气温度场分布品质均能适应燃气轮机的要求 ,与原燃油燃机相比较 ,有的性能参数还略胜一筹