航空发动机的喘振.ppt

喘振的特征 引起原因以及解决方法 华中科技大学能源与动力工程学院 11级航空发动机 一 喘振的概述 概述 航空发动机是飞机的心脏 而发动机的喘振问题一直制约着涡轮发动机的发展 影响发动机的性能 甚至造成发动机的严重损坏 是发动机的所有故障中最有危害性的一个 是对民用客机安全以及整个航空事业发展的巨大威胁 飞机发动机喘振是指发动机压气机的喘振 定义 压气机喘振是指非正常工况下气流沿压气机轴线方向发生的低频率 通常有几赫或十几赫 高振幅 强烈的压强和流量波动 的气流振荡现象 华中科技大学能源与动力工程学院 喘振的概述 喘振的现象 发动机的声音由尖哨转变为低沉 发动机的振动加大 压气机出口总压和流量大幅度的波动 转速不稳定 推力突然下降并且有大幅度的波动 发动机的排气温度升高 造成超温 严重时会发生放炮 气流中断而发生熄火停车 华中科技大学能源与动力工程学院 喘振的分析 C a 空气的轴向分速度 C 空气的绝对速度 u 压气机叶轮的圆周速度 空气对压气机叶轮的相对速度 i 攻角 流量系数 华中科技大学能源与动力工程学院 喘振的发生机理 正常工作状态 C a C a这时气流相对速度方向与叶轮的叶片前缘方向基本一致攻角为零 i 0 不会出现气流分离现象 华中科技大学能源与动力工程学院 喘振的发生机理 非工作状态1 C a C a此时相对气流的方向偏离了叶片前缘的方向 这时 气流将冲向叶片凸面 背面 形成负攻角 i 0 如果负攻角较大 则在叶片的凹面将出现涡流 发生气流分离现象 如图1 c 不会发生喘振 华中科技大学能源与动力工程学院 喘振的发生机理 非工作状态2 C a0 如果正冲角较大 在叶片凸面就会发生气流分离现象 喘振 华中科技大学能源与动力工程学院 喘振的发生机理 结论 当流量系数大于或小于设计值时 在涡轮发动机压气机进口处会产生气流分离现象 流量系数过大所形成的涡流区不会继续扩大 流量系数过小时所形成的涡流区则会继续扩大 从而在叶轮旋转的作用下 产生强烈的分离 引起喘振 华中科技大学能源与动力工程学院 喘振的发生机理 喘振边界 喘振的预防和控制 防喘 为保证涡轮发动机在所有瞬态和稳态工作条件下都不发生喘振 就需要从改进发动机结构设计和设计防喘控制系统入手 使涡轮发动机有较大的喘振裕度 华中科技大学能源与动力工程学院 防喘措施 华中科技大学能源与动力工程学院 喘振的预防和控制 通过改进发动机结构设计以预防喘振1 采用双转子或三转子结构 当发动机转速变化 压气机工作状态偏离设计值时 双转子或三转子发动机的高低压转子会自动地调整转速 保持各级压力机进口处流量系数接近设计值 使压气机稳定工作 喘振裕度增加 2 发动机进气道内表面处理 采用进气道内表面开直槽或斜槽的方法可以增大进气口的喘振裕度 当进气冲角增大 接近气流分离状态时 气流可沿所开槽方向流入进气道 这样进气道内壁气流速度加快 使气流分离不能发生 避免了喘振的出现 3 压气机转子叶片的处理 沿着压气机转子叶片轴向倾斜开缝 倾斜缝平行于轴线方向且向转动方向倾斜 倾斜缝位于转子叶片中部且占叶片弦长的50 实验表明 经此处理可使发动机喘振裕度从8 增加到17 通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生1 压气机中间级放气 转速低于设计转速时的喘振现象 是由于压气机前几级流量系数减少过多引起的 因此在压气机中间级的机匣上开一圈放气孔 用放气活门控制 使部分空气由此孔向外排出 可增加前几级空气流量 避免喘振 2 可旋转导向叶片 利用可转动的进气导向叶片 或前几级整流静子叶片 使气流在叶轮进口的相对速度方向不因流量系数的减小而变陡 仍保持有利的角度进入叶轮 则可避免叶片背部发生气流分离 防止喘振发生 3 控制供油规律 因为燃油的流量可单值地控制发动机的工作状态 当发动机接近或进入喘振区时 通过燃油流量的控制 可以改变发动机的状态 从而使发动机退出喘振区域 喘振的预防和控制 华中科技大学能源与动力工程学院 其它防喘措