民航概论大作业 (3)

1、本课程激起了我对飞机发动机的兴趣，曾经在一个新闻里听说过喘振这个词，于是好奇，便做了这样一篇关于喘振的介绍。首先要说发动机的喘振,那么就要从发动机的构造开始说起. 举一个典型的例子,一个轴流式的喷气式发动机由进气道，压气机，燃烧室，排气喷管组成。涡轮喷气式发动机先将流进进气道的空气由压气机压缩，进入燃烧室后喷入燃料并点燃，气体膨胀从喷管以高速喷出从而获得推力。所以涡轮喷气发动机相比活塞式发动机，它的做功是连续的，工作更加平稳，震动更加小。想要涡轮喷气发动机正常工作，压气机需要产生连续不断的高压空气，输送进燃烧室，才能使燃料充分燃烧，从而产生足够的推力推动飞机前进。那么压气机又是怎样产生高压空气

2、的呢？下面是压气机的构造 对于一个轴流式压气机来说，它由转子和静子组成。转子是一个能高速旋转的沿发动机的轴向经一级一级连接的鼓型叶轮，每级转子之后有一个相应的静子叶片。转子叶片像一个短的螺旋桨叶片，它对流过其的气体做功，从而提高气流的动能,再由静子叶片将气体的动压转化为气体的静压,使气体被增压压缩后被送入后面的燃烧室燃烧。说完了压气机主要的结构,我们就能来研究喘振了.首先,什么是发动机的喘振.所有轴流式涡轮喷气式发动机的压气机的气流通道都是按照一定的按给定的进气条件、转速、增压比和空气流量设计制造的。但其在工作状态时通过整流罩流入压气机的空气的温度和压力、涡轮转子的转速、飞机的飞行速度、飞行环

3、境都是不断变化的。所以这就带来了问题，因为通常压气机的气流通道是按在一定的环境下运行来设计的，沿气流通道每处的截面积均正好与理论状态下的气流流量相适应，压气机在设计环境里运作时能够将气流顺畅地吸进来，又顺畅地向后排出去。但是，当进入压气机的气流并不符合压气机最低的要求的时候，压气机的增压比会降低，而且效率也降低。如果进气压强不变，前面几级的压强降低虽然不显著，但是后面几级的压强降低就比较明显了。压强过低，气体体积就会变得比原来大很多，压气机后面几级的气流通道就显得“太小”了，流通不畅，气流被堵住而不能全部排出去，则气流会往前倒流；倒流使后面的气流通道被疏通，空气气流又被吸入压气机，向后流时又被

4、堵塞，又向前倒流，如此反复变化，气流在压气机里来回窜动，并以忽大忽小、不稳定的压强和速度从出口流出去。这种不正常的现象就称作“喘振”。说白了喘振就是由于压气机在非设计状态下工作时，压气机中的的气流流动不畅，造成气流流动时而堵塞时而通常的周期往复性震荡现象。那么喘振的现象是什么，又会对发动机造成什么样的影响呢？当压气机发生喘振时，压气机出口总压和流量大幅度的波动转速不稳定，发动机的振动会明显加大，发动机的声音由尖哨转变为低沉，并且推力突然下降并且有大幅度的波动。喘振还能使燃烧室内的高温高压燃气倒流“吐火”，造成涡轮等热端部件和压气机出口几级叶片超温，使发动机的排气温度升高，还能引发由机械振动而造

5、成发动机损坏。当喘振严重时发动机会发生放炮，气流中断而引发发动机的熄火停车。可见压气机的喘振对航空器的威胁是很严重的，因为在航空器低空飞行，或者起飞降落的时候，一旦发生推力减小甚至消失，对航空器来说是致命的。因此，一旦我们观察到发动机发生上述现象，必须立即采取措施，使压气机退出喘振工作状态，防止事态进一步恶化。想要解决喘振这个问题，我们就要先了解喘振发生的原理当压气机转速不变时，反压(压气机出口压力)提高到一定程度(相当于通道被堵寒)时压气机就会发生喘振，刚进入喘振状态的点称为该转速的喘振点。各转速所对应的喘振点的连线称就形成了喘振边界。如图图中，纵坐标的k表示增压比，横坐标的GB表示空气流量

6、，S为压气机的喘振点，P为压气机的工作点。可见当转速与增压比不变时，流量减少会引起发动机的喘振。因为当流量减少时，压气机横截面积不变，相当于气流流入的速度减少，而当气流导速度减小时，气流对动子叶片的合速度，及动子叶片的攻角会不断加大，最终致气流分离如图。压气机前部分气流分离，从而形成一片低速低压区，使后面的气流被“吐出来”。由于后面的高压气体倒流向前方，压气机后面对前面的压力又瞬间减少，整个压气机的气体通道在一瞬间又变得很通畅。由于压气机仍然以原来的转速在转，于是瞬时的大量气流又被重新吸入压气机，压气机后面又形成了高强的气流，但由于外界条件仍没有变化（即压气机仍然在喘振边界以外），压气机会不断

7、循环这个过程，即发生喘振。导致发动机喘振的原因有很多，叶片的失速使气流旋转分离是导致喘振的前奏与重要起因，空气流量和压气机转速偏离设计状态过多也会引发喘振，同时发动机其他部件的容腔大小和共同工作条件对喘振的出现也有影响。现代的防喘措施“喘振”是发动机上作中必须极力避免出现的状态。因此，在压气机上必须有防止压气机在非设计状态下喘振的措施。现代发动机在压气机上一般设有“防喘”(防止压气机在工作中出现喘振)和“消喘”(在出现喘振时消除喘振)系统，以防止压气机喘振。目前采用的防喘方法有如下几种：1、从压气机中间级放气（以及末级压气机后放气）图示是一种典型的用于防止压气机喘振的放气活门。放气活门置于压气

8、机中间偏后的某一级处，正常工作时，放气活门在高压空气的作用下处于关闭状态；当发动机的转速降到某一设定值后，作动筒感受到应该打开放气活门的转速信号时，作动筒内的控制高压空气的阀门被关闭，放气活门在弹簧力的作用下被打开一部分已被压缩的空气从中间级流出去(在涡轮喷气发动机中流入大气，在涡轮风扇发动机中流到外涵道内)。当打开放气系统时，由于减少了空气流路的阻力，所以位于放气系统之前的压气机的空气流量就增加了。因而前面级的轴向速度就增大，气流攻角减小，压气机推出喘振工作状态进入稳定工作状态，从而避免压气机发生喘振。实践还表明，高换算低速时，后面压气机可能发生喘振，这时，在末级压气机后放气可以减少后面级压

9、气机攻角，使其退出喘振。此法优点：防喘方法简单，在增压比小于10的多级轴流压气机中效果很好。缺点：将15%25%的压缩空气放掉而没有利用，从能源利用和发动机效率方面来看是不利的。2、可转动进口导流叶片和静子叶片图示是压气机用以防止喘振的可调静子叶片的结构图。它能使静子叶片绕其桦头轴线转动一定的角度，通过改变导向器叶片角度来改变工作叶轮进口处的绝对速度方向，也就是预旋量，从而改变工作叶轮进口处的相对速度方向，以减小攻角，以达到防喘的目的。总增压比愈高，则可转动的静叶排应该愈多。此法优点：（1）、改善压气机非设计状态性能和防止喘振；（2）、显著改善发动机的起动性能和加、减速性能； （3）、适用于高

10、增压比发动机，即能扩大其稳定工作范围。 前景：近年来，在发动机上开始使用的“可变弯度叶片”可以看作是可旋导流叶片的发展。“可变弯度叶片”由两段构成，把叶片从弦长的2/3处分开，前半段是固定的，后半段则是全程调节的。3、双转子或三转子发动机这种方案的特点是把多级压气机分成两个或三个转速不同的转子，分别由单独的涡轮转子带动。由于把涡轮-压气机转子分成高-低压转子两个，当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，通过改变动叶的切线速度的办法来改变工作叶轮进口处气流的相对速度方向，以减小攻角，达到防喘的目的。目前，这种防喘方法在高增压比的压气机中得到了最广泛的应用。

11、 其防喘的原理示意图如下： 由于双转子发动机所具有的一系列优点：可以在宽广的范围内工作仍保持较高的压气机效率；自动防喘；容易启动等，双转子发动机得到最广泛的应用。拓展：现代高性能风扇发动机，增压比高达30以上，这时压气机除采用双转子结构以外，高压压气机还需采用可旋转导流叶片和静子叶片的防喘机构，有的低压压气机前则有可变弯度进口导流叶片。其他防喘措施简介为了避免第一级压气机发生喘振，改善压气机不稳定边界的措施有： 1、第一级动叶采用宽弦长小展弦比设计2、采用进口级机匣处理（多级轴流式压气机在第一级压气机的机匣上开槽，使第一级工作轮叶片尖端部分的气流通过机匣上的槽道产生回流，减小气流的迎角，这种方法称为机匣处理）3、采用大稠度（稠度储备20%）减少或控制扩散因子的设计4、加宽一级静叶弦长5、压气机可变进口通道面积（压气机叶片常因振动而产生裂纹甚至断裂。振动