航空發(fā)動機的喘振.ppt

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喘振的特征 引起原因以及解決方法 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 11級航空發(fā)動機 一 喘振的概述 概述 航空發(fā)動機是飛機的心臟 而發(fā)動機的喘振問題一直制約著渦輪發(fā)動機的發(fā)展 影響發(fā)動機的性能 甚至造成發(fā)動機的嚴重損壞 是發(fā)動機的所有故障中最有危害性的一個 是對民用客機安全以及整個航空事業(yè)發(fā)展的巨大威脅 飛機發(fā)動機喘振是指發(fā)動機壓氣機的喘振 定義 壓氣機喘振是指非正常工況下氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻率 通常有幾赫或十幾赫 高振幅 強烈的壓強和流量波動 的氣流振蕩現(xiàn)象 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的概述 喘振的現(xiàn)象 發(fā)動機的聲音由尖哨轉(zhuǎn)變?yōu)榈统?發(fā)動機的振動加大 壓氣機出口總壓和流量大幅度的波動 轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定 推力突然下降并且有大幅度的波動 發(fā)動機的排氣溫度升高 造成超溫 嚴重時會發(fā)生放炮 氣流中斷而發(fā)生熄火停車 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的分析 C a 空氣的軸向分速度 C 空氣的絕對速度 u 壓氣機葉輪的圓周速度 空氣對壓氣機葉輪的相對速度 i 攻角 流量系數(shù) 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的發(fā)生機理 正常工作狀態(tài) C a C a這時氣流相對速度方向與葉輪的葉片前緣方向基本一致攻角為零 i 0 不會出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的發(fā)生機理 非工作狀態(tài)1 C a C a此時相對氣流的方向偏離了葉片前緣的方向 這時 氣流將沖向葉片凸面 背面 形成負攻角 i 0 如果負攻角較大 則在葉片的凹面將出現(xiàn)渦流 發(fā)生氣流分離現(xiàn)象 如圖1 c 不會發(fā)生喘振 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的發(fā)生機理 非工作狀態(tài)2 C a0 如果正沖角較大 在葉片凸面就會發(fā)生氣流分離現(xiàn)象 喘振 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的發(fā)生機理 結(jié)論 當流量系數(shù)大于或小于設(shè)計值時 在渦輪發(fā)動機壓氣機進口處會產(chǎn)生氣流分離現(xiàn)象 流量系數(shù)過大所形成的渦流區(qū)不會繼續(xù)擴大 流量系數(shù)過小時所形成的渦流區(qū)則會繼續(xù)擴大 從而在葉輪旋轉(zhuǎn)的作用下 產(chǎn)生強烈的分離 引起喘振 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的發(fā)生機理 喘振邊界 喘振的預(yù)防和控制 防喘 為保證渦輪發(fā)動機在所有瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)工作條件下都不發(fā)生喘振 就需要從改進發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)計防喘控制系統(tǒng)入手 使渦輪發(fā)動機有較大的喘振裕度 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 防喘措施 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的預(yù)防和控制 通過改進發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計以預(yù)防喘振1 采用雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 當發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化 壓氣機工作狀態(tài)偏離設(shè)計值時 雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子發(fā)動機的高低壓轉(zhuǎn)子會自動地調(diào)整轉(zhuǎn)速 保持各級壓力機進口處流量系數(shù)接近設(shè)計值 使壓氣機穩(wěn)定工作 喘振裕度增加 2 發(fā)動機進氣道內(nèi)表面處理 采用進氣道內(nèi)表面開直槽或斜槽的方法可以增大進氣口的喘振裕度 當進氣沖角增大 接近氣流分離狀態(tài)時 氣流可沿所開槽方向流入進氣道 這樣進氣道內(nèi)壁氣流速度加快 使氣流分離不能發(fā)生 避免了喘振的出現(xiàn) 3 壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的處理 沿著壓氣機轉(zhuǎn)子葉片軸向傾斜開縫 傾斜縫平行于軸線方向且向轉(zhuǎn)動方向傾斜 傾斜縫位于轉(zhuǎn)子葉片中部且占葉片弦長的50 實驗表明 經(jīng)此處理可使發(fā)動機喘振裕度從8 增加到17 通過設(shè)計喘振控制系統(tǒng)來防止喘振的發(fā)生1 壓氣機中間級放氣 轉(zhuǎn)速低于設(shè)計轉(zhuǎn)速時的喘振現(xiàn)象 是由于壓氣機前幾級流量系數(shù)減少過多引起的 因此在壓氣機中間級的機匣上開一圈放氣孔 用放氣活門控制 使部分空氣由此孔向外排出 可增加前幾級空氣流量 避免喘振 2 可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向葉片 利用可轉(zhuǎn)動的進氣導(dǎo)向葉片 或前幾級整流靜子葉片 使氣流在葉輪進口的相對速度方向不因流量系數(shù)的減小而變陡 仍保持有利的角度進入葉輪 則可避免葉片背部發(fā)生氣流分離 防止喘振發(fā)生 3 控制供油規(guī)律 因為燃油的流量可單值地控制發(fā)動機的工作狀態(tài) 當發(fā)動機接近或進入喘振區(qū)時 通過燃油流量的控制 可以改變發(fā)動機的狀態(tài) 從而使發(fā)動機退出喘振區(qū)域 喘振的預(yù)防和控制 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 其它防喘措施 4 壓氣機可變進口通道面積5 機匣處理6 控制供油規(guī)律7 正確操作 精心維護發(fā)動機 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 喘振的預(yù)防和控制 謝謝 華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院