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《航空精密制造技術(shù)》2017年第1期

【摘要】航空發(fā)動機喘振是一種特殊情況，對飛機的正常飛行危害性極大。因此，需要加強航空發(fā)動機喘振問題的分析研究，尋求合理的解決對策排除故障。本文主要分析喘振對發(fā)動機性能帶來的影響，從多種角度來探究發(fā)動機喘振現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因，可能對飛機帶來的影響和危害，通過提升發(fā)動機喘振監(jiān)控，盡可能避免喘振現(xiàn)象出現(xiàn)，確保發(fā)動機正常運行。

【關(guān)鍵詞】航空;發(fā)動機;喘振;氣流分離

喘振是一種航空發(fā)動機在使用中較為特殊的情況，當(dāng)發(fā)動機嚴(yán)重偏離設(shè)計工作狀態(tài)，壓氣機前后流通能力不匹配時就會出現(xiàn)葉片邊界的流動分離現(xiàn)象，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)失速直至喘振狀態(tài)。壓氣機存在兩種形式的失速:一種為單個葉片失速，另一種為旋轉(zhuǎn)失速。最常見的是旋轉(zhuǎn)失速，這種失速由某些只包含少量葉片失速槽道形成的區(qū)域組成，并且沿著轉(zhuǎn)子的絕對轉(zhuǎn)動方向以小于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。軸流壓氣機發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速之前往往先出現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉尖失速。失速可以是突發(fā)的，也可以是漸進(jìn)的，可以有多個失速氣團，這些氣團可能覆蓋部分或全部葉高，而且一個失速氣團可能覆蓋多個葉片。喘振就是全部壓縮系統(tǒng)不穩(wěn)定并且在此期間通過整個壓氣機的平均流量發(fā)生脈動的流動狀態(tài)。喘振這種特殊情況的出現(xiàn)，表明發(fā)動機工作狀態(tài)發(fā)生波動，氣流時斷時續(xù)，內(nèi)部壓力明顯增加。如果飛機在正常飛行中，發(fā)動機出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，燃?xì)鉁囟妊杆偕撸l(fā)動機轉(zhuǎn)速下降，嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致發(fā)動機停止運行。

1喘振機理分析

對航空發(fā)動機喘振的研究是通過在發(fā)動機上安裝傳感器，來獲取發(fā)動機運行時的相關(guān)信號，并分析信號的特征參數(shù)，判斷發(fā)動機是否發(fā)生喘振。通常選取風(fēng)扇及壓氣機出口總壓作為喘振檢測的征兆信號。當(dāng)風(fēng)扇發(fā)生喘振時，風(fēng)扇出口和壓氣機出口總壓下降，排氣溫度急劇上升，推力迅速下降，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)壓氣機發(fā)生喘振時，風(fēng)扇出口總壓上升，壓氣機出口總壓下降。由于喘振特征明顯，通常采用限制值判斷對喘振進(jìn)行在線監(jiān)控，將轉(zhuǎn)速、各傳感器測點脈動壓力值實時錄入相應(yīng)軟件，實現(xiàn)對喘振的快速有效判斷。

2發(fā)動機穩(wěn)定性研究

當(dāng)前在發(fā)動機設(shè)計中，關(guān)于喘振的研究主要集中在喘振裕度和流場研究中，其中喘振裕度是對喘振發(fā)生可能性的衡量標(biāo)準(zhǔn)，是影響發(fā)動機能否穩(wěn)定工作的關(guān)鍵因素。在設(shè)計階段，設(shè)計工作中的指導(dǎo)思想則是通過合理的設(shè)計來提高喘振裕度。通過計算流體力學(xué)方法研究可調(diào)靜子葉片對壓氣機部分轉(zhuǎn)速下喘振裕度的影響，選取最優(yōu)可調(diào)靜子葉片安裝角，使喘振裕度最大化。

3喘振預(yù)防措施

為避免喘振現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)做好防喘和消喘工作。防喘最常用的方法有壓氣機放氣和可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉。自噴氣發(fā)動機問世以來，壓氣機放氣一直是在發(fā)動機起動和加速期間避免發(fā)生喘振的最經(jīng)常采用的辦法。放氣位置可設(shè)在壓氣機出口或在中間級的位置?？烧{(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉通過減小進(jìn)氣攻角使喘振線移動，在低攻角下喘振發(fā)生于較低的流量系數(shù)值。其他防喘方法還有可調(diào)靜子及改變轉(zhuǎn)子葉片的安裝角。消喘系統(tǒng)增加了壓氣機不穩(wěn)定工作的信號檢測裝置，當(dāng)發(fā)動機發(fā)生喘振時，綜合調(diào)節(jié)器通過傳遞來的電信號，減小進(jìn)氣道流通面積，切斷主燃燒室的供油，使導(dǎo)流葉片轉(zhuǎn)動，迅速消除喘振。消喘系統(tǒng)在部件實驗上已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成功，可以預(yù)見，消喘系統(tǒng)將在發(fā)動機整機試驗中廣泛應(yīng)用。

4結(jié)論

航空發(fā)動機喘振是關(guān)系到發(fā)動機能否穩(wěn)定工作的重要因素，嚴(yán)重影響飛行安全，為避免安全事故的出現(xiàn)，應(yīng)著重對發(fā)動機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，選擇合理的控制對策，避免發(fā)動機喘振現(xiàn)象出現(xiàn)。隨著消喘技術(shù)的深入研究和應(yīng)用，航空發(fā)動機的喘振問題將會得到很好的解決。

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作者：劉卓 單位：中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所