航空發(fā)動機的喘振.ppt

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1、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(yán)重?fù)p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)

2、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(yán)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C①a——空氣的軸向分速度;C①——空氣的絕對速度，u——壓氣機葉輪的圓周速度;ω①—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)C①a=C①a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

3、工程學(xué)院喘振的發(fā)生機理非工作狀態(tài)1C①a>C①a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(fù)攻角(i<0)。如果負(fù)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)2C①a0)。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(dāng)流量系數(shù)大于或小于設(shè)計值時,在渦輪

4、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(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速變

5、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(dāng)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

6、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)

7、。當(dāng)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