航空发动机的喘振.ppt

Logo,喘振的特征、引起原因以及解决方法,11级航空发动机,Logo,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。,Logo,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。,Logo,喘振的分析,Ca 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,喘振的发生机理,Logo,正常工作状态,Ca=Ca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。,喘振的发生机理,Logo,非工作状态1,Ca Ca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,喘振的发生机理,Logo,非工作状态2,Ca 0)。如果正冲角较大,在叶片凸面就会发生气流分离现象。,喘振,喘振的发生机理,Logo,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。,喘振的发生机理,Logo,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,Logo,防喘措施,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%。,Logo,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,Logo,其它防喘措施,4、压气机可变进口通道面积5、机匣处理6、控制供油规律7、正确操作,精心维护发动机,喘振的预防和控制,Logo,谢谢,