北航小型航空發(fā)動機整機試驗報告.doc
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北京航空航天大學研究生課程實驗報告小型航空發(fā)動機整機試驗報告共12頁(含封面)學生姓名: 學生學號: 任課老師: 聯(lián)系方式: 能源與動力工程學院 年 月一、試驗簡介1.1 試驗目的了解小型航空發(fā)動機整機試驗過程,熟悉發(fā)動機試車臺結構和發(fā)動機上下臺架操作步驟,了解發(fā)動機整機測試系統(tǒng)掌握發(fā)動機試車過程操作方法,學習發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)處理及總體性能計算。1.2 試驗內容a) 發(fā)動機上下臺架操作;b) 發(fā)動機試車過程控制操作;c) 發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)處理及總體性能計算。1.3 發(fā)動機、試車臺以及CAT系統(tǒng)簡介1.3.1發(fā)動機簡介本次試驗所用的WPXX發(fā)動機是一臺小型、單軸、不帶加力燃燒室的渦輪噴氣發(fā)動機,主要由以下幾部分構成:a) 壓氣機:組合式壓氣機,由一級跨音軸流壓氣機和一級單面離心壓氣機組成;b) 燃燒室:軸內供油式環(huán)形燃燒室,使用靠離心力甩油的甩油盤供油;c) 渦輪:單級軸流式渦輪;d) 尾噴管:簡單收斂式不可調節(jié)的尾噴管。發(fā)動機的主要技術參數(shù)為:海平面靜止最大推力為850公斤,空氣流量13.5kg/s,壓氣機增壓比5.5,渦輪前溫度1200k,轉速22000r/min。發(fā)動機的主要工作狀態(tài)劃分:1最小狀態(tài)39%2慢車狀態(tài)48%380%狀態(tài)80%4最大連續(xù)狀態(tài)95%5中間狀態(tài)98%6最大狀態(tài)100%1.3.2試車臺系統(tǒng)a) 燃油系統(tǒng);b) 數(shù)字控制系統(tǒng);c) 油濾、油路、起動供油系統(tǒng);d) 滑油系統(tǒng);e) 起動系統(tǒng);f) 電氣系統(tǒng)測試附件。1.3.3計算機輔助測試系統(tǒng)(CAT)1)傳感器選型原則:a) 靈敏度高,輸入和輸出之間應具有良好的線性關系;b) 噪聲小,滯后、漂移誤差?。籧) 常用的測量值大小約為傳感器最大量程的2/3左右,最小值不低于1/3;d) 動態(tài)特性好;e) 接入測量系統(tǒng)時對測量產生的影響?。?)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要評定指標:a) 分辨率b) 采集速度c) 線性度d) 誤差限3)CAT系統(tǒng):與一般系統(tǒng)相比,CAT系統(tǒng)包含了數(shù)采數(shù)據(jù)又高于數(shù)采系統(tǒng)。整機參數(shù)符號部件參數(shù)部件參數(shù)轉速N發(fā)動機進口總壓燃油進口壓力排氣溫度Tt5壓氣機后總壓尾噴口直徑推力F發(fā)動機進口總溫增壓比耗油率Sfc壓氣機后總溫涵道比空氣流量Wa滑油壓力大氣壓力發(fā)動機推動Kf滑油溫度大氣溫度、空氣濕度二、數(shù)據(jù)處理2.1 相關理論知識發(fā)動機工作參數(shù)對標準大氣條件的換算公式:a) 發(fā)動機轉速:;b) 發(fā)動機推力:;c) 發(fā)動機渦輪后燃氣溫度:;d) 發(fā)動機燃油消耗量:;e) 發(fā)動機單位推力燃油消耗量:。2.2 發(fā)動機性能曲線根據(jù)相關公式將轉速、推力、燃氣溫度等參數(shù)進行折合得到標準大氣條件下的轉速、推力、燃氣溫度和耗油率,結果如圖1所示。(a)折合推力(b)折合燃氣溫度(c)折合耗油率圖1發(fā)動機性能曲線2.3 發(fā)動機性能擬合曲線本文使用Matlab軟件中的polyfit(x,y,3)函數(shù)進行擬合。該擬合函數(shù)可以使用最小二乘法計算給定數(shù)據(jù)組的多項式關系,對于本次數(shù)據(jù)處理使用三次多項式進行擬合,可以得到三條三次方擬合曲線。詳細的擬合步驟參見附錄。通過Matlab的計算得到三條曲線的函數(shù)關系式為:a) 推力曲線:(1)b) 燃氣溫度曲線:(2)c) 耗油率曲線:(3)折合數(shù)據(jù)以及擬合曲線如圖2所示。(a) 推力曲線(b) 燃氣溫度曲線(c)耗油率曲線圖2發(fā)動機性能擬合曲線2.4 發(fā)動機性能檢驗發(fā)動機海平面標準大氣條件下性能參數(shù)為表所示。表1發(fā)動機海平面標準大氣條件下性能參數(shù)表工作狀態(tài)轉速(r/min)推力(daN)Tt5()耗油率(kg/daN*h)最大(100%)22000833-307401.12中間推力(98%)21600778-207101.12最大連續(xù)(95%)20900695-206551.1180%17600353-155551.26慢車(48%)1050081-85652.80最小(39%)860051-55753.60將不同工作狀態(tài)對應的轉速代入到上一步擬合所得的曲線中可以得到測試發(fā)動機的不同工作狀態(tài)時發(fā)動機在標準大氣條件下的性能參數(shù)。表2 發(fā)動機實測性能參數(shù)表工作狀態(tài)轉速(r/min)推力(daN)Tt5()耗油率(kg/daN*h)最大(100%)22000798.8704.91.15中間推力(98%)21600743.8674.21.14最大連續(xù)(95%)20900654.7627.01.1380%17600343.6500.71.27慢車(48%)1050079.5524.82.81最小(39%)860050.6537.63.55從表中數(shù)據(jù)可以看到發(fā)動機實測數(shù)據(jù)中推力比標準性能參數(shù)稍小,耗油率在高轉速時稍大,排氣溫度達到了要求,其中各狀態(tài)下超標參數(shù)參見表3。表3 發(fā)動機實測性能超標參數(shù)工作狀態(tài)轉速(r/min)推力(daN)耗油率(kg/daN*h)最大(100%)22000-4.2+0.03中間推力(98%)21600-14.2+0.02最大連續(xù)(95%)20900-20.3+0.0280%17600+0.012.5 原因分析a) 由于發(fā)動機較長時間使用,發(fā)生老化和性能衰退,例如:葉片葉尖磨損導致其葉尖間隙變大,機匣變形等。各部件效率下降使得發(fā)動機熱效率下降,導致耗油率上升,推力下降。b) 當天進氣溫度較高,發(fā)動機循環(huán)增壓比下降,導致燃燒效率下降,循環(huán)功下降。根據(jù)控制規(guī)律,為保證轉速一定,耗油率增加,發(fā)動機推力減小。c) 由于觀測記錄儀器的原因,發(fā)動機還沒有達到當前轉速下的穩(wěn)定狀態(tài)就記錄,那么記錄的是過度狀態(tài)或較低轉速下的推力和耗油率。因此由于轉速不足,推力減小,循環(huán)增壓比較小,燃燒效率下降,耗油率上升。2.6 課程建議a) 希望可以做一些關于不同控制規(guī)律的試驗,根據(jù)試驗曲線分析是什么控制規(guī)律。b) 希望當時就可以進行試驗數(shù)據(jù)處理,這樣可以當時觀測試驗現(xiàn)象,直接分析原因或解決問題。三、附錄3.1 數(shù)據(jù)導入將數(shù)據(jù)以變量形式導入matlab,顯示在workspace中。3.2 三次擬合輸入三次擬合函數(shù)polyfit(columnK,columnN,3)3.3 結果查看查看workspace中的ans變量,查看擬合結果。- 配套講稿:
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