什么是飞机发动机喘振

 

2019-05-22 08:06

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  喘振是发动机的一种不正常的工作状态,是由压气机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引发的。喘振是发动机的致命故障,严重时可能导致发动机空中停车甚至发动机致命损坏。衡量发动机喘振性能的指标叫做“喘振裕度”,就是说发动机的进气口流量变化多少会引发喘振,这个值一般都要求达到15%甚至20%以上。航空涡轮发动机性能要先进,稳定工作范围宽,首先要求喘振裕度要大,压气机工作点距离喘振边界远。其次,发动机抗畸变能力要强。进气口的气有时是不均匀的,尤其是飞机做大机动动作时,进气道唇口气流发生分离,造成压气机进口畸变,气流不均匀。这时发动机的喘振裕度就会减小,加减速又会把一部分喘振裕度消耗掉,也可能造成停车,所以喘振裕度必须足够,对畸变不敏感。导弹的尾焰也容易造成温度场畸变,使发动机停车,所以要有武器发射防喘自动控制系统。

  压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的振荡现象。这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源,它会导致发动机机件的强烈机械振动和热端超温,并在很短的时间内造成机件的严重损坏,所以在任何状态下都不允许压气机进入喘振区工作。

  喘振时的现象是: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。因此,一旦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。

  喘振的根本原因:由于攻角过大,使气流在叶背处发生分离而且这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道。

  喘振的物机理过程是:空气流量下降,气流攻角增加,当流量减少到一定程度时,流入动叶的气流攻角大于设计值,于是在动叶叶背出现气流分离,流量下降越多,分离区扩展越大,当分离区扩展到整个压气机叶栅通道肘,压气机叶栅完全失去扩压能力,这时,动叶再也没有能力将气流压向后方,克服后面较强的反压,于是,流量急剧下降,不仅如此,由于动叶叶栅失去扩压能力,后面高压气体还可能通过分离的叶栅通道倒流至压气机的前方,或由于叶栅通道堵塞,气流瞬时中断,倒流的结果,使压气机后面的反压降得很低,整个压气机流路在这一瞬间就变得“很通畅”,而且由于压气机仍保持原来的转速,于是瞬时大量气流被重新吸入压气机,压气机恢复“正常”流动和工作,流入动叶的气流由负攻角很快增加到设计值,压气机后面也建立起了高压气流,这是喘振过程中气流重新吸入状态。然而,由于发生喘振的流动条件并没有改变,因此,随着压气机后面反压的不断升高,压气机流量又开始减小,直到分离区扩展至整个叶栅通道,叶栅再次失去扩压能力,压气机后面的高压气体再次向前倒流或瞬时中断,如此周而复始地进行下去。这样的物理过程,可用下图表示:

  大气温度升高,飞行高度下降,飞行马赫数增大,三者对压气机工作的影响是相同的,都是使压气机进口处空气的总温升高。总温升高,使空气难以压缩,压气机增压比小于设计值,与前述相仿,前几级流量减小,所以流量系数变小,攻角变大,气流在叶背处分离;到某一中间级,轴向速度下降的程度与切向速度下降的程度相同,流量系数正好等于设计值,工作叶轮进口处气流的相对速度的方向不变,攻角不变,到后面几级,轴向速度下降的程度小于切向速度下降的程度,流量系数变大,攻角减小为负值,气流在叶盆处发生分离。

  大气温度升高,飞行高度下降,飞行马赫数增大,三者对压气机工作的影响是相同的,都是使压气机进口处空气的总温升高。总温升高,使空气难以压缩,压气机增压比小于设计值,与前述相仿,前几级流量减小,所以流量系数变小,攻角变大,气流在叶背处分离;到某一中间级,轴向速度下降的程度与切向速度下降的程度相同,流量系数正好等于设计值,工作叶轮进口处气流的相对速度的方向不变,攻角不变,到后面几级,轴向速度下降的程度小于切向速度下降的程度,流量系数变大,攻角减小为负值,气流在叶盆处发生分离。

  发动机空气流量骤然减少,使压气机前几级的空气轴向速度减小,流量系数变小,攻角变大,气流在叶背处分离而发生喘振。

  发动机从慢车状态加速时,推油门过猛过快,使供油量增加过快,过多,涡轮前燃气总温突然升高,涡轮的流通能力减少而发生堵塞,造成压气机的空气流量减少,使流量系数变小,攻角变大,气流在叶背处分离而发生喘振。

  着陆滑跑速度很低时仍使用反推;喷出的燃气又被吸入发动机,使进口温度骤然升高,空气流量减少,而发生喘振。

  飞行中,拉杆过猛,使发动机进口与气流之间的夹角突然改变过大,造成进气道内流场畸变,而引起喘振。

  压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率,高振幅的震荡现象。这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源,他会导致发动机机件的强烈机械振动和热端超温,并在很短的时间内造成机件的严重损坏,所以在任何状态下都不允许压气机进入喘振区工作.

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