畢業(yè)論文--壓氣機喘振的原因分析及防治措施

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　論文題目： 壓氣機喘振的原因分析及防治措施</p><p>　　所屬系部： 航空維修工程學院</p><p>　　指導老師： 職 稱：高工 </p><p>　　學生姓名： 班級、學

2、號: </p><p>　　專 業(yè)： 航空機電設(shè)備維修</p><p>　　2013年 9 月 6 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃表</p><p>　　本表作評定學生平時成績的依據(jù)之一。</p><p>　　壓氣機喘振的原因分析及防治措施</p>&

3、lt;p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　本論文主要闡述了航空發(fā)動機喘振的原因與防治措施。發(fā)動機作為飛機的心臟被譽為“工業(yè)之花”它直接影響飛機的性能、可靠性及經(jīng)濟性而發(fā)動機的喘振就是發(fā)動機的所有故障中最常見也是最有危害性的一個?，F(xiàn)就從喘振的形成發(fā)生的條件預防措施及使用維護中注意的事項做以淺析。壓氣機喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻率高振幅的震蕩現(xiàn)象。這種低頻率高振

4、幅的氣流振蕩是一種很大的激振力來源他會導致發(fā)動機機件的強烈機械振動和熱端超溫并在很短的時間內(nèi)造成機件的嚴重損壞所以在任何狀態(tài)下都不允許壓氣機進入喘振區(qū)工作。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機 喘振 預防措施 預防措施 超溫 熄火停車</p><p>　　Abstract: This thesis describes the aviation engine surge

5、causes and prevention measures. Aircraft engine as the heart， known as "the flower industry"， which directly affect aircraft performance， reliability and economy， while the engine surge is all engine failure is

6、 the most common but also the most hazardous one. From now on surge formation， occurring conditions， preventive measures and precautions in the use and maintenance to do with Analysis. Airflow compressor surge is occurri

7、ng along the</p><p>　　Key words: Aircraft engine surge PRECAUTIONS overtemperature shutdown Parking</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 概述3</b></p

8、><p><b>　　2 喘振的認識5</b></p><p>　　2.1壓氣機工作原理5</p><p>　　2.1.1基元級速度三角形5</p><p>　　2.1.2增壓原理6</p><p>　　2.2喘振的定義7</p><p>　　2.3喘振的表現(xiàn)及危害

9、8</p><p><b>　　2.3.1案例8</b></p><p>　　3 造成發(fā)動機喘振的原因10</p><p>　　3.1氣流分離10</p><p>　　3.2葉片槽道的擴壓性11</p><p>　　3.3旋轉(zhuǎn)失速12</p><p>　　3.3.

10、1旋轉(zhuǎn)失速的定義：12</p><p>　　3.3.2低速氣流區(qū)的生成：12</p><p>　　3.3.3旋轉(zhuǎn)失速分類：12</p><p>　　3.3.4旋轉(zhuǎn)失速的主要特征：12</p><p>　　3.3.5旋轉(zhuǎn)失速的影響：12</p><p>　　3.3.6旋轉(zhuǎn)失速與喘振的關(guān)系：13</p&g

11、t;<p>　　4 喘振的預防及應采取的措施14</p><p>　　4.1通過改進發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計來預防喘振14</p><p>　　4.2 通過設(shè)計喘振控制系統(tǒng)來防止喘振的發(fā)生14</p><p>　　4.2.1喘振控制系統(tǒng)常用的防止喘振方法:14</p><p>　　4.2.2可旋轉(zhuǎn)導向葉片15</p>

12、;<p>　　4.2.3控制供油規(guī)律16</p><p>　　4.3正確操作， 精心維護發(fā)動機，也能避免喘振的發(fā)生17</p><p>　　4.4 戰(zhàn)斗機發(fā)射武器時發(fā)動機喘振采取的措施17</p><p>　　4.5 飛行過程中發(fā)動機喘振采取的措施17</p><p>　　4.5.1 副油路節(jié)流嘴直徑（壓降）對主調(diào)節(jié)器的

13、影響18</p><p>　　4.5.2 升壓限制器投入工作點對防喘切油的影響18</p><p>　　4.5.3 定壓源不穩(wěn)定對防喘切油過程的影響18</p><p>　　4.5.4 副油路節(jié)流嘴直徑改變對主油路節(jié)流嘴影響18</p><p>　　4.5.5 層板節(jié)流器流量對防喘切油的影響19</p><p&g

14、t;<b>　　結(jié) 束 語3</b></p><p><b>　　謝 辭4</b></p><p><b>　　文 獻5</b></p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　近幾十年來，隨著航空事業(yè)的發(fā)展，飛行器的安全性和可靠性

15、越來越引起人們的重視，特別是民用客機，一旦發(fā)生故障，輕則影響飛機的性能，重則機毀人亡，后果不堪設(shè)想。</p><p>　　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，同時發(fā)動機的喘振是發(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。</p><p>　　民用客機要求安全、可靠、經(jīng)濟。安全是民用飛機設(shè)計首要考慮的

16、問題。要達到安全的目的，必須符合最基本的適航性要求，即: 要求航空器包括部件及子系統(tǒng)整體性能和操縱特性在預期運行環(huán)境和使用限制下具有安全性和物理完整性品質(zhì)。這種品質(zhì)要求航空器應始終處于符合其型號設(shè)計和安全運行狀態(tài)。</p><p>　　飛機發(fā)動機喘振是指噴氣式發(fā)動機壓氣機的喘振。壓氣機喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻率、高振幅的振蕩現(xiàn)象。這種低頻率高振幅的氣流振蕩是一種很大的激振力來源，它會導致發(fā)動機機件的強

17、烈機械振動和熱端超溫，并在很短的時間內(nèi)造成機件的嚴重損壞，所以在任何狀態(tài)下都不允許壓氣機進入喘振區(qū)工作。</p><p>　　喘振時的現(xiàn)象是：發(fā)動機的聲音由尖哨轉(zhuǎn)變?yōu)榈统粒话l(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；嚴重時會發(fā)生放炮，氣流中斷而發(fā)生熄火停車。因此，一旦發(fā)生上述現(xiàn)象必須立即采取措施使壓氣機退出喘振工作狀態(tài)。</

18、p><p>　　喘振的根本原因：由于攻角過大使氣流在葉背處發(fā)生分離而且這種氣流分離嚴重擴展至整個葉柵通道。</p><p>　　喘振的機理過程是：空氣流量下降，氣流攻角增加，當流量減少到一定程度時，流入動葉的氣流攻角大于設(shè)計值，于是在動葉葉背出現(xiàn)氣流分離流量下降越多，分離區(qū)擴展越大，當分離區(qū)擴展到整個壓氣機葉柵通道肘，壓氣機葉柵完全失去擴壓能力，這時，動葉再也沒有能力將氣流壓向后方，克服后面較

19、強的反壓，于是流量急劇下降，不僅如此，由于動葉葉柵失去擴壓能力，后面高壓氣體還可能通過分離的葉柵通道倒流至壓氣機的前方，或由于葉柵通道堵塞，氣流瞬時中斷，倒流的結(jié)果使壓氣機后面的反壓降得很低，整個壓氣機流路在這一瞬間就變得“很通暢”，而且由于壓氣機仍保持原來的轉(zhuǎn)速，于是瞬時大量氣流被重新吸入壓氣機，壓氣機恢復“正?！绷鲃雍凸ぷ鳎魅雱尤~的氣流由負攻角很快增加到設(shè)計值，壓氣機后面也建立起了高壓氣流，這是喘振過程中氣流重新吸入狀態(tài)。然而，由

20、于發(fā)生喘振的流動條件并沒有改變，因此，隨著壓氣機后面反壓的不斷升高，壓氣機流量又開始減小，直到分離區(qū)擴展至整個葉柵通道，葉柵再次失去擴壓能力，壓氣機后面的高壓氣體再次向前倒流或瞬時中斷，如此周而復始地進行下去。</p><p><b>　　2 喘振的認識</b></p><p>　　2.1壓氣機工作原理</p><p>　　2.1.1基元級速度

21、三角形</p><p>　　軸流壓氣機由多級組成，每級由一圈轉(zhuǎn)子和靜子級成，設(shè)想用一個與壓氣機相同的軸線，其半徑等于壓氣機平均半徑的圓柱面去切割壓氣機，并將所得的切面展為平面，則如圖2-1所示的情形，這樣的平面叫做“平面葉柵”。平面葉柵的形狀是沿葉高變化的，把平均半徑處的平面葉柵叫做“基元級”。</p><p>　　圖2-1 平面葉柵</p><p>　　如果我們

22、用某直徑的圓柱面取壓氣機的一個級，并展為平面，即得一個兩排平面葉柵組成的基元級，基元級是壓氣機的基本元素，當氣流經(jīng)過動葉柵（轉(zhuǎn)子），在它的前后兩個速度三角如圖2-2。</p><p>　　圖2-2 氣流經(jīng)過動葉柵前后的速度</p><p>　　C 表示絕對速度 w 為相對速度 u 為轉(zhuǎn)緣速度</p><p>　　由于軸流式壓氣機基元級的增壓比小，且在基元

23、級前后流程通道尺寸徑向尺寸逐漸縮小，所假定在基元級的進出口的軸向分速不變即C2=C3 ,如再假定C1 C3 方向一致則葉輪前后的兩個速度三角形畫在一起。</p><p><b>　　2.1.2增壓原理</b></p><p>　　為了更方便的研究單級壓氣機內(nèi)氣流速度的變化規(guī)律，常將葉輪進、出口速度三角形組合在一起，形成級的速度三角形如圖2-3。</p>

24、<p>　　圖2-3 基元級速度的三角形</p><p>　　式中：W—表示相對速度；</p><p><b>　　C—表示絕對速度；</b></p><p><b>　　U—表示牽連速度。</b></p><p>　　葉輪輪緣功上式右邊第一項為氣流經(jīng)過轉(zhuǎn)子所獲動能，第二項表示氣流經(jīng)過轉(zhuǎn)

25、子有多少相對動能轉(zhuǎn)化為氣體靜壓的提高，由于轉(zhuǎn)子葉片對氣流做功增加氣流速度，根據(jù)氣動原理，它的沖壓也增加，但這些增加量還比不上擴壓的影響，如圖2-4，當氣流流過轉(zhuǎn)子葉片時，葉片剖面形狀決定了通道是擴散的，根據(jù)伯努利原理，氣流的靜壓增強。當流過靜子葉片時，動能沒增加，氣流速度沖壓會下降其下降數(shù)量是前一級轉(zhuǎn)子中所增加的值，由于靜子葉片形成通道也是擴散的，它的靜壓也增加，這樣氣流通過每一基元級時速度幾乎不變，而壓力（沖壓和靜壓的總和）增加了，氣

26、流通過整個壓氣機時達到了壓力增大的設(shè)計目的。</p><p>　　圖2-4 軸流式壓氣機內(nèi)氣流參數(shù)變化</p><p>　　壓氣機能增加氣流壓力主要是壓氣機渦輪輸入的能量，而每個轉(zhuǎn)子或靜子與氣流之間都要有一定攻角，這樣就在每個葉片上下表面形成不同的壓力區(qū)，如圖2-5。</p><p>　　圖2-5 軸流式壓氣機增壓原理</p><p>　

27、　而這樣排列又使相鄰兩個級的壓力區(qū)相互影響，我們稱它為瀑布效應，正是這種效應使氣流進入壓氣機象進入泵中一樣，氣流在第一級轉(zhuǎn)子高壓區(qū)被壓入第一級靜子低壓區(qū)，以此方式氣流流過整個壓氣機。</p><p><b>　　2.2喘振的定義</b></p><p>　　壓氣機喘振是指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)

28、象。</p><p>　　在研究壓氣機特性線時已經(jīng)指出：在壓氣機特性線的左側(cè)，有條喘振邊界線。假如流經(jīng)壓氣機的空氣流量減小到一定程度，而使運行工況進入到喘振邊界線的左側(cè)，那么，整臺壓氣機就不能穩(wěn)定工作。那時，空氣流量就會出現(xiàn)波動，忽大忽??；壓力出現(xiàn)脈動，時高時低；到嚴重時，甚至會出現(xiàn)氣流從壓氣的進口處倒流出來的現(xiàn)象；同時還會伴隨著低頻的怒吼聲響；這時還會使機組產(chǎn)生強烈地振動。這種現(xiàn)象通常稱為喘振現(xiàn)象。在機組的實際

29、運行中，我們決不能容許壓氣機在進入喘振狀況。如圖2-6是發(fā)動機壓氣機特性曲線</p><p>　　圖2-6 壓氣機特性曲線</p><p>　　2.3喘振的表現(xiàn)及危害</p><p>　　喘振時的現(xiàn)象是：發(fā)動機的聲音由尖哨轉(zhuǎn)變?yōu)榈统粒话l(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；嚴重時

30、會發(fā)生放炮，氣流中斷而發(fā)生熄火停車。因此一旦發(fā)生上述現(xiàn)象必須立即采取措施，使壓氣機退出喘振工作狀態(tài)。</p><p><b>　　2.3.1案例</b></p><p>　　（1）2007年12月18日下午3點，一架空中客車客機在飛行中引擎發(fā)生故障，5輛消防車3輛救護車在廣州白云國際機場等候該客機降落。3點45分，飛機安全在原定地點降落。這架杭州飛往廣州的航班，航班號

31、為CZ3804，正常情況下航班下午1點20分從杭州起飛，3點在廣州降落。</p><p>　　18日下午3點35分廣州白云國際機場工作人員黃先生告訴記者，CZ3804在廣州白云國際機場上空盤旋，而機場上有5輛消防車、3輛救護車在等候飛機降落。機場工作人員周先生也對此作了證實。周先生說，飛機左發(fā)動機出現(xiàn)故障不能正常降落。</p><p>　　下午3點45分左右這架空客320，在地面人群關(guān)注下

32、安全降落在廣州白云國際機場。飛機上數(shù)十名乘客走出機艙面色平靜。隨后，消防車和救護車離開現(xiàn)場。</p><p>　　18日下午4點25分，記者趕到廣州白云國際機場時，遠遠看到一輛拖車將這輛航班號為CZ3804的飛機拖走。拖行過程中，飛機沒有亮燈，飛機被拖到廣州白云國際機場維修處后，發(fā)動機被取了下來用貨車運走。</p><p>　　據(jù)該航空公司廣州分公司宣傳部一負責人說，這架飛機在飛行過程中出

33、現(xiàn)了“機器疲勞”發(fā)生“喘振”現(xiàn)象。據(jù)其介紹，“喘振”現(xiàn)象全國民航每年大約發(fā)生60次。此次事件中，飛機降落到預定地點，為避免給飛機上的乘客造成恐慌，事先并未知會乘客。該負責人表示，機場方面之所以派出消防車和救護車是啟動了應急預案，是機場方面對此的重視，并不是說飛機遭遇了太大的危險。該負責人還解釋說“喘振”發(fā)生后，飛機發(fā)動機會停止工作，而另外一臺發(fā)動機將繼續(xù)工作150分鐘，不影響飛機航行。</p><p>　?。?）

34、2010年9月新加坡媒體日前報道稱，9月17日原定從獅城飛往上海的東航MU568次航班，起飛后5分鐘引擎著火，飛機因此被迫折返，機上229名乘客“空中驚魂，死里逃生”。東航方面昨天就此接受本報記者采訪時回應該，班機并未發(fā)生起火現(xiàn)象，只是飛機左發(fā)動機“喘振”，機組為確保安全而決定返航。目前東航上?？偛颗傻墓こ處熞训诌_新加坡檢查排除故障。</p><p>　　東航發(fā)言人回應，該次航班于17日下午新加坡當?shù)貢r間16:3

35、5起飛，起飛后不久，飛機左發(fā)動機喘振（發(fā)動機內(nèi)部氣流出現(xiàn)瞬態(tài)異常），2秒后發(fā)動機恢復正常，未發(fā)生起火現(xiàn)象。為確保安全，機組決定返航，飛機安全降落。東航對因此給旅客造成的不便表示歉意，并在當天對旅客進行了妥善安排。據(jù)稱機上沒有乘客受傷，受影響的229名乘客，每人都獲得了超過500元的食宿補償。</p><p>　　3 造成發(fā)動機喘振的原因</p><p><b>　　3.1氣流分離

36、</b></p><p>　　航空發(fā)動機喘振現(xiàn)象究竟是怎樣產(chǎn)生的呢？通常認為：喘振現(xiàn)象的發(fā)生總是與壓氣機通流部分中出現(xiàn)了嚴重的氣流脫離現(xiàn)象有密切關(guān)系。</p><p>　　當壓氣機在偏離設(shè)計工況的條件下運行時，在壓氣機工作葉柵的進口處，必然會出現(xiàn)氣流的正沖角或負沖角。當這種沖角增大到某種程度時，粘附在葉型表面上的氣流附面層在逆流動方向的的壓力梯度下就會出現(xiàn)局部逆流區(qū)，形成渦流，

37、造成附面層的分離，以致發(fā)生氣流的脫離現(xiàn)象。</p><p>　　流量變化時，在葉柵的流道中出現(xiàn)的氣流脫離現(xiàn)象。下面引入流量系數(shù)這一概念，用速度三角形對喘振發(fā)生的原因和過程做具體分析。相對于壓氣機葉輪進口而論，氣流是否發(fā)生分離要看相對速度的方向如何。而此相對速度的方向則與氣流軸向分速度與葉輪圓周速度的大小有關(guān)，取決于軸向分速度與圓周速度的比值。這個比值，稱為流量系數(shù)用符號Ca表示，即:</p><

38、;p>　　式中Ca ——空氣的軸向分速度；</p><p>　　u ——壓氣機葉輪圓周速度</p><p>　　如圖3-1為進口氣流軸向速度變化時相對速度的變化。</p><p>　?。╝）方向變陡；（b）方向正好；（c）方向變平</p><p>　　圖3-1 進口氣流軸向速度變化時相對速度的變化</p><p&g

39、t;　　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；</p><p>　　W①—空氣對壓氣機葉輪的相對速度；i—攻角</p><p>　　以下分析壓氣機處于各種不同工作狀態(tài)下，葉輪上發(fā)生氣流分離的情況。如圖3-1畫出了氣流流入一級壓氣機工作葉輪在設(shè)計工作狀態(tài)和非設(shè)計工作狀態(tài)下的速度三角形。</p><p>　　壓氣機在設(shè)計工作狀態(tài)下工作

40、時：</p><p>　?。?）當＝ 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，如圖1( b)。</p><p>　　當壓氣機處于非設(shè)計工作狀態(tài)時， 空氣的流動情況就不同了:</p><p>　?。?）當＞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)，形成負沖角( i＜

41、0)。如果負攻角較大，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3-1( c)。不過由于空氣具有慣性，當它流過彎曲的葉片通道時，總有壓向葉片凹面的趨勢，這就有利于減弱和消除氣流分離現(xiàn)象，即使發(fā)生分離，其渦流區(qū)也不易擴大。此時，僅引起壓氣機效率降低，而不會引起喘振。</p><p>　?。?）當＜C①a ，此時相對氣流將沖向葉片的凹面，形成正沖角(i＞0)。如果正沖角較大，在葉片凸面就會發(fā)生氣流分離現(xiàn)象。由于

42、空氣的慣性作用，本來就有脫離凸面流動的趨勢，所以氣流容易分離，而且渦流區(qū)容易迅速擴大。當渦流區(qū)發(fā)展到把大部分甚至全部葉片通道堵塞時，前面的空氣就流不進來，氣流暫時中斷。但由于葉輪的不停轉(zhuǎn)動，壓氣機內(nèi)的空氣將被葉輪推動而繼續(xù)向后流動，渦流區(qū)也就隨之向后移動，空氣便又繼續(xù)流入葉輪。此后，由于該處的空氣流量系數(shù)仍小于設(shè)計值，因而又重復了上述的分離現(xiàn)象。這樣壓氣機的工作過程中，便出現(xiàn)了流動、分離、中斷而后再流動，再分離、再中斷的周而復始的脈動現(xiàn)

43、象，壓氣機內(nèi)的空氣流量時斷時續(xù)，空氣壓力忽大忽小，壓氣機的工作極不穩(wěn)定，進而使整個渦輪發(fā)動機進入喘振狀態(tài)。如圖3-1(a)</p><p>　　經(jīng)過以上分析，可以得出以下結(jié)論: 當流量系數(shù)大于或小于設(shè)計值時，在渦輪發(fā)動機壓氣機進口處會產(chǎn)生氣流分離現(xiàn)象。但是流量系數(shù)過大所形成的渦流區(qū)不會繼續(xù)擴大，而流量系數(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。</p>&

44、lt;p>　　3.2葉片槽道的擴壓性</p><p>　　從結(jié)構(gòu)上講壓氣機發(fā)生喘振的根本原因是葉片槽道的擴壓性。因為槽道具有正向壓力梯度，因而使氣流很容易在葉片吸力面發(fā)生大范圍附面層分離甚至倒流現(xiàn)象，從而導致該葉片發(fā)生失速、阻塞葉片通道。</p><p>　　當失速葉片數(shù)量達到一定程度時，整個壓氣機實際流通能力變小，壓氣機后面高壓氣體在壓力梯度作用下發(fā)生倒流現(xiàn)象；倒流現(xiàn)象發(fā)生的同時也

45、會消除前后存在的壓力梯度，使得氣流重新在葉片作用下正向流動，這樣前后壓力梯度增加又使得后面級高壓氣體發(fā)生回流，從而帶動更大范圍內(nèi)葉片發(fā)生失速，如此反復就造成了氣流的軸向振蕩，這就形成了喘振。</p><p><b>　　3.3旋轉(zhuǎn)失速</b></p><p>　　3.3.1旋轉(zhuǎn)失速的定義：</p><p>　　一個或多個低速氣流區(qū)以小于壓氣機轉(zhuǎn)

46、速的速度向壓氣機旋轉(zhuǎn)方向作旋轉(zhuǎn)運動，這種非穩(wěn)定工況被稱為旋轉(zhuǎn)失速或旋轉(zhuǎn)分離。</p><p>　　3.3.2低速氣流區(qū)的生成：</p><p>　　壓氣機在一定轉(zhuǎn)速下運行時，由于某種原因而出現(xiàn)流量增大或減小，產(chǎn)生負沖角和正沖角，氣流就會在葉背（吸力面）或葉盆（壓力面）處分離。</p><p>　　3.3.3旋轉(zhuǎn)失速分類：</p><p>　　

47、（1）旋轉(zhuǎn)失速（或稱漸進型旋轉(zhuǎn)失速）其特點是隨著流量的下降，壓氣機性能是逐漸連續(xù)的下降；</p><p>　　（2）突躍式旋轉(zhuǎn)失速，其特點是隨著流量下降到一定程度時，壓氣機性能會出現(xiàn)突然下降。</p><p>　　3.3.4旋轉(zhuǎn)失速的主要特征：</p><p>　?。?）氣流脈動沿壓氣機周向變化和傳播；</p><p>　?。?）平穩(wěn)型旋轉(zhuǎn)失

48、速時流過壓氣機的流量基本不變，突躍式旋轉(zhuǎn)失速時氣流參數(shù)會突然下降；</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)失速的流場是非軸對稱的；</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)失速時振動頻率較高。</p><p>　　3.3.5旋轉(zhuǎn)失速的影響：</p><p>　　旋轉(zhuǎn)失速對壓氣機正常運行的嚴重影響表現(xiàn)在：使壓氣機的氣動性能明顯惡化。</p><

49、;p>　　旋轉(zhuǎn)失速會產(chǎn)生頻率較高、強度大而危險的激振力，并可能導致葉片共振斷裂。</p><p>　　統(tǒng)計表明:旋轉(zhuǎn)失速是使壓氣機葉片疲勞斷裂的主要原因之一。</p><p>　　3.3.6旋轉(zhuǎn)失速與喘振的關(guān)系：</p><p>　　旋轉(zhuǎn)失速與喘振的差異：</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)失速可以導致壓氣機喘振；</p>&

50、lt;p>　?。?）旋轉(zhuǎn)失速引起的是氣流的軸向脈動，而喘振引起的氣流的軸向低頻高幅振蕩。</p><p>　　4 喘振的預防及應采取的措施</p><p>　　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。</p><p>　　4.1通過改進發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計來預防喘振&l

51、t;/p><p>　　預防喘振主要采用以下措施：</p><p>　　采用雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：當發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化，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。</p><p>　　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。當進

52、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)。</p><p>　　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)此處理可使發(fā)動機喘振裕度從8%增加到17%。</p><p>　　4.2 通過設(shè)計喘振控制系

53、統(tǒng)來防止喘振的發(fā)生</p><p>　　發(fā)動機喘振控制系統(tǒng)由信號、控制、執(zhí)行三部分組成。當喘振將要發(fā)生時，由探測元件把信號傳給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)分析后，控制執(zhí)行系統(tǒng)動作，從而避免喘振的發(fā)生。</p><p>　　4.2.1喘振控制系統(tǒng)常用的防止喘振方法:</p><p><b>　　壓氣機中間級放氣：</b></p><p

54、>　　（1）在壓氣機通流部分的某一個或若干個截面上，安裝防喘放氣閥的措施；</p><p>　?。?）鑒于機組在啟動工況和低轉(zhuǎn)速工況下，流經(jīng)壓氣機前幾級的空氣流量過小，以致會有較大的正沖角，而使壓氣機進入喘振工況，于是人們設(shè)想出在最容易進入喘振工況的某些級的后面，開啟一個或幾個旁通放氣閥，迫使更多的空氣流過放氣閥之前的那些級（那時，流經(jīng)這些級的空氣流量必然要比流往放氣閥后面各級中去的空氣量多，它們之間的差值

55、，就是通過放氣閥排向大氣的流量），這樣就有可能避免在這些級中產(chǎn)生過大的正沖角，從而達到防喘的目的。</p><p>　?。?）選擇防喘放氣閥的安裝位置甚為重要。實踐表明：把防喘放氣閥安裝在壓氣機的最前幾級，并不能獲得很的效果。假如把防喘放氣閥安裝在壓氣機最后幾級，甚至是安裝在壓氣機后的排氣管道上對于擴大壓氣機的穩(wěn)定工作范圍雖有好處，但是，由于放氣壓力很高，由旁通放氣閥排出的空氣所帶走的能量損失很大。因此人們總是愿

56、意把防喘閥分布在壓氣機通流部分的若干截面上。這樣，既能改善那些流動情況最為惡劣的壓氣機級的工作條件，又能使放氣能量不至于過大。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。如圖4-1為多級軸流式壓氣機中間級的防喘放氣閥。</p><p>　　圖4-1 多級軸流式壓氣機防喘放

57、氣閥安裝位置</p><p>　　4.2.2可旋轉(zhuǎn)導向葉片</p><p>　?。?）壓氣機進口導向器葉片固定不調(diào)和可調(diào)時，氣流速度三角形的變化情況；</p><p>　?。?）a. 進口導葉不調(diào)b.進口導葉可調(diào)；</p><p>　?。?）由于在低轉(zhuǎn)速工況下，壓氣機的前幾級最容易進入喘振工況，因而，通常就把壓氣機進口導葉，設(shè)計成為可轉(zhuǎn)動（

58、可調(diào)）的。 </p><p>　　圖4-2 可調(diào)導向葉片</p><p>　　利用可轉(zhuǎn)動的進氣導向葉片，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。</p><p>　　壓氣機進口可轉(zhuǎn)導向葉片，如圖4-3：</p><p>　　圖4-3

59、壓氣機進口可調(diào)導向葉片</p><p>　　當燃氣輪機起動時，在機組的轉(zhuǎn)速升到額定轉(zhuǎn)速的95%前，進口可轉(zhuǎn)導向葉片的安裝角將始終固定在 =44的位置上。當機組的轉(zhuǎn)速升到額定轉(zhuǎn)速時，帶動齒圈動作的油動機，在液壓油的作用下，通過活塞和連桿機構(gòu)的動作，使大齒圈轉(zhuǎn)動一定角度。這樣，就把每個可轉(zhuǎn)導向葉片安裝角迅速地開大到=80的位置上。此后，當機組進入正常運行狀態(tài)后，壓氣機進口可轉(zhuǎn)導向葉片的安裝角將始終保持在 =80的位置

60、上。</p><p>　　4.2.3控制供油規(guī)律</p><p>　　因為燃油的流量可單值地控制發(fā)動機的工作狀態(tài)。當發(fā)動機接近或進入喘振區(qū)時，通過燃油流量的控制?？梢愿淖儼l(fā)動機的狀態(tài)，從而使發(fā)動機退出喘振區(qū)域。</p><p>　　4.3正確操作， 精心維護發(fā)動機，也能避免喘振的發(fā)生</p><p>　　在起動發(fā)動機或推油門增大發(fā)動機轉(zhuǎn)速時，

61、必須按操作程序，做到步驟正確，動作柔和，應避免小速度大轉(zhuǎn)速運行，加速時推油門不可過猛，否則易引起發(fā)動機喘振。</p><p>　　維護不良，如壓氣機葉片銹蝕，表面不光滑；葉片被吸入物打傷，破壞了原來的葉型；進氣道表面粗糙不平，油漆層脫落，劃傷或變形等都會引起流量系數(shù)下降，引起喘振。</p><p>　　4.4 戰(zhàn)斗機發(fā)射武器時發(fā)動機喘振采取的措施</p><p>　

62、　當戰(zhàn)斗機發(fā)射武器時，應根據(jù)當時的飛行狀態(tài)和武器種類及其在飛機的位置的不同情況，預先控制發(fā)動機（推進系統(tǒng)）有關(guān)的可調(diào)機構(gòu)，短時提高發(fā)動機的喘振裕度，防止發(fā)動機的喘振熄火和空中停車，國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，當飛機發(fā)射武器時，發(fā)動機可能采取的預防措施有：合理的設(shè)計武器的布局；采取措施減少尾噴燃氣射流直接進入發(fā)動機；在進氣道上安裝防喘氣門或給進氣道噴水，降低進入發(fā)動機的燃氣溫度；給燃燒室補氧；調(diào)節(jié)壓氣機導向葉片和尾噴口面積；強制性地減少供油量等

63、。</p><p>　　在上述預防措施中，減少供油量是最有效的，通過對有關(guān)發(fā)射武器引起壓氣機失速喘振的試驗數(shù)據(jù)分析之后，一般認為引起壓氣機失速喘振的主要原因，在于發(fā)射武器時進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量流量減小，而供油量卻幾乎保持不變，這樣，燃燒室中的單位加熱量就顯得過大，盡管壓氣機進口流量減小了，但由于燃燒室出口溫度提高，仍然會造成渦輪導向器嚴重堵塞，這種嚴重堵塞，使壓氣機各級氣流沖角加大，原有的級間匹配關(guān)系遭到破壞，從

64、而導致壓氣機失速喘振減少供油量，能消除和減輕這種堵塞程度，恢復各級的正常流通能力，因而能起到抑喘、防喘作用。</p><p>　　4.5 飛行過程中發(fā)動機喘振采取的措施</p><p>　　航空發(fā)動機在使用中，由于內(nèi)部原因或外來因素的影響，壓氣機通道中氣流受到擾動，可能引起壓氣機失速和喘振等氣動不穩(wěn)定工作狀態(tài)，發(fā)動機防喘系統(tǒng)接受防喘盒發(fā)來的脈沖信號，實現(xiàn)脈沖式中斷和恢復發(fā)動機的主燃燒室供油

65、，以清除發(fā)動機的喘振狀態(tài)，通過研究可從如下方面預防喘振：</p><p>　　4.5.1 副油路節(jié)流嘴直徑（壓降）對主調(diào)節(jié)器的影響</p><p>　　防喘調(diào)節(jié)器主副油路節(jié)流嘴的選取，應以切油過程燃油壓力的變化作為標準，選取合適的主、副油路節(jié)流嘴直徑，可以有效地降低系統(tǒng)的燃油壓力脈動，防喘裝置切油異常的主要原因，是主、副油路節(jié)流嘴尺寸選擇不當，導致切油時燃油壓力脈動，引起燃燒室燃燒效率下降

66、，甚至導致爆燃等現(xiàn)象；以及由于燃燒品質(zhì)較差，導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降過多，在燃油流量不斷上升的情況下，轉(zhuǎn)速卻在下降，可能導致發(fā)動機富油熄火。</p><p>　　解決辦法：選取合適的主、副油路節(jié)流嘴，降低切油過程發(fā)動機供油量脈動，提高燃燒品質(zhì)。</p><p>　　4.5.2 升壓限制器投入工作點對防喘切油的影響</p><p>　　升壓限制器和流量分配器共同工作，按給定

67、的控制規(guī)律，保持發(fā)動機主燃燒室供油量，其中升壓限制器；決定著副油路壓力隨時間的變化；而流量分配器，決定著與副油路壓力相應的燃燒室主副油路供油量。</p><p>　　由于該發(fā)動機的最大狀態(tài)供油量高于原有型號發(fā)動機，而且發(fā)動機的最大狀態(tài)副油路燃油壓力升高，而升壓限制器的退出工作點仍維持不變，由于升壓限制器退出工作后加速過程由中腔層板節(jié)流器控制供，油量增加較快，可能會導致發(fā)動機加速過程異常，應提高升壓限制器退出工作點

68、副油路壓力。</p><p>　　4.5.3 定壓源不穩(wěn)定對防喘切油過程的影響</p><p>　　在切油過程中，流量分配器活門前的壓力存在脈動，燃油泵后的壓力也會隨之變化，因此，定壓活門進口的壓力是不斷變化的，定壓活門出口的壓力也會有一定的變化，因此應選擇動態(tài)性能較好的定壓活門，保證切油過程中，定壓油壓力保持在允許的范圍內(nèi)，而定壓油油壓在一定范圍內(nèi)的脈動，不影響切油過程進行。</p

69、><p>　　4.5.4 副油路節(jié)流嘴直徑改變對主油路節(jié)流嘴影響</p><p>　　在主油路節(jié)流嘴大小一定時，隨著副油路節(jié)流嘴的減小，切油后油壓有所升高，流量分配器前油壓也有所升高，切油前后油壓變得較為接近，切油過程將變得比較平穩(wěn)，但是由于切油后油壓的升高，可能導致恢復供油時，燃油壓力升高過大，我們可以通過實驗來取得主、副油路回油活門前的節(jié)流嘴直徑的合適大小，使切油過程中油壓變化較為平穩(wěn)。&

70、lt;/p><p>　　4.5.5 層板節(jié)流器流量對防喘切油的影響</p><p>　　層板節(jié)流器的主要功用，是限制流入聯(lián)鎖活門左端的燃油流量。</p><p>　　聯(lián)鎖活門的作用是：當系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，使控制活門不能在 0.15s 后回位而仍然留在最左位置，從而使斷油活門停留在切斷位置，聯(lián)鎖活門則繼續(xù)右移，經(jīng)過大約 0.5s 時，控制換向，從而保證向發(fā)動機主燃燒室的正

71、常供油。</p><p><b>　　結(jié) 束 語</b></p><p>　　經(jīng)過了三個多月的學習和努力我終于完成了《壓氣機喘振的原因分析及防治措施》的畢業(yè)設(shè)計論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的逐步完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)這，也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。這段時間里，我學到了很多知識，也有很多的感慨，再回首這兩年多時間的學習，

72、感覺自己有太多的知識沒有完全掌握，有太多的知識點還不是很了解。于是我開始獨立的學習查看有關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中的模糊概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩的設(shè)計逐步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲，每一次驗證的成功都會讓我興奮很長的一段時間。雖然我的設(shè)計還不是很成熟還有很多不足之處，但都是我的汗水換來的勞動成果。我相信其中的酸甜苦辣最終都會轉(zhuǎn)化成甜美的果實。</p><p>　　航空發(fā)動機屬于高速旋轉(zhuǎn)式機械，長期

73、處于高轉(zhuǎn)速、高負荷、高應力和高溫的環(huán)境下工作。發(fā)動機上有許多個零件即其本身工作狀況和外界環(huán)境都十分復雜，使發(fā)動機容易出現(xiàn)故障，所以發(fā)動機屬于多發(fā)性故障的機械。而本論文所研究的喘振是發(fā)動機最為常見最致命的一種故障，論文從：故障的表現(xiàn)、故障產(chǎn)生的原因、故障解決的方法，三大方面入手來闡述這一故障從形成到產(chǎn)生到具體的解決。</p><p>　　這次做論文的經(jīng)歷使我受益匪淺，在這個過程中用心的去做好一件事是一件非?？鞓返氖?/p>

74、情，也體會到只有不斷地學習來充實自己、武裝自己才能在這競爭的大流中處于先進的位置，沒有學習的過程也就沒有研究的能力，沒有自己的研究也不會有所突破。希望這次經(jīng)歷讓我在以后的工作學習中不斷激勵自己繼續(xù)進步。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　在整個畢業(yè)設(shè)計中我得到了指導老師**老師的熱心指導和幫助，在此致以最誠摯的謝意。在畢業(yè)設(shè)計過程中指導老

75、師對我進行了耐心的輔導，幫我解答了設(shè)計中的疑難問題并給我介紹相關(guān)的理論、專業(yè)方面的書籍、資料，解決了在設(shè)計過程中遇到的難題，在設(shè)計過程中給了我許多修改建議使我順利的完成了此次設(shè)計工作。</p><p>　　還有我的同學、朋友們是他們的支持才能讓我渡過了一次次難關(guān)走到了現(xiàn)在順利完成了此次設(shè)計。</p><p>　　其次我要感謝我的父母，是他們的汗水換來了我今天這來之不易的幸福生活，他們期待的

76、目光、溫暖的關(guān)懷是我不斷努力進步的源泉，讓我有了堅定地信念去完成自己的目標。</p><p>　　兩年多的充實生活告訴我，民族需要掌握先進的理念、具有國際視野、熟悉具體環(huán)境的實戰(zhàn)先鋒；也告訴我只有不斷經(jīng)歷考驗、挫折、甚至失敗，才能逼近我們最終的理想。生于斯時，長于斯境，唯以雙倍的努力、十倍的耐心、百倍的豪情和千倍執(zhí)著來完成原賦的使命。</p><p>　　即將結(jié)束我的校園生活步入社會。前方

77、的路將會更加充滿機遇與挑戰(zhàn)、風險與快樂，壓力與動力并存。也相信我和同學們將來的事業(yè)必將如涅槃之鳳、浴火之凰，更加相信不朽的民族精神將引領(lǐng)我們?nèi)?chuàng)造新的奇跡。</p><p>　　最后祝老師事業(yè)騰飛，生活幸福安康！</p><p><b>　　文 獻</b></p><p>　　[1] 王玉山. 燃氣渦輪發(fā)動機原理[ M] . 西安: 西北工業(yè)大

78、學出版社， 1998.</p><p>　　[2] 王志瑾.姚衛(wèi)星.飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計[M] .北京.國防工業(yè)出版社.2007.8</p><p>　　[3] 吳虎.蔣建軍. 加力渦扇發(fā)動機喘振與消喘模擬. 航空動力學報， 2006. 2. 275-279</p><p>　　[4] 燕洪文.對 JT8D2217A 發(fā)動機喘振的探討. 民航經(jīng)濟與技術(shù)，1995.11.16