● 摘要
失速/喘振是发动机工作中的常见问题,其影响因素众多。论文以进气畸变对发动机失速/喘振的影响为研究内容,结合航空发动机的适航审定工作,发展了发动机失速/喘振的判定准则,并形成了详细的适航审定流程。
在欧美等发达国家,经过长期的研究与积累已经形成一套先进的适航管理模式和管理理念。而在我国,由于适航工作起步较晚,至今仍没有形成一套完整的适航管理及审定体系。就航空发动机而言,发动机的失速/喘振问题是适航审定的重要内容之一。无论出现哪种情况,均会给发动机的整体性能带来较大损害。因此,针对发动机失速/喘振的适航审定方法开展研究具有重要的工程价值。
进气畸变是影响发动机失速/喘振的常见影响因素之一,论文根据中国民航《航空发动机适航规定》中关于航空发动机失速/喘振的基本要求,展开进气畸变对发动机失速/喘振影响的判定准则研究以及失稳形态的判定工作,并发展了相应的适航审定方法。
首先根据适航规定确定了喘振裕度这一关键参数,并以平行压气机模型为基础,通过建立流量连续、动量守恒和能量守恒方程等方式对某型航空发动机通用特性及失速裕度进行预估,论文分别计算了65%转速和88%转速下压气机进口带有畸变的情况,计算结果与实验值仅相差不到1.5个百分点,表明平行压气机模型能够较为准确的估算进气畸变情况下压气机的喘振裕度;然后采用三维数值方法计算了进气迎角以及畸变范围变化下多种工况的进口畸变流场,论文采用全通道三维数值计算,分别计算了78%、88%、98%转速下0°、25°、30°、35°、40°和45°进气迎角时的情况,紧接着计算了均匀进气条件下在压气机进口增加畸变板时的情况,通过对比压气机进口的总压畸变云图得到了飞行迎角、Ma数、畸变范围之间的关系图谱,进一步通过数学计算方法得到了飞行迎角、Ma数、畸变度之间的关系图谱;接下来通过喘振裕度的计算方法,计算总结出了飞行迎角、喘振裕度之间的变化规律,并给出了极限迎角的判定方法;最后,结合中国民航规章的相关文件,制订了针对飞行迎角变化时航空发动机失速/喘振的适航审定流程。
在此基础之上,从适航安全性角度出发,论文进一步发展了判断发动机进入不稳定边界后具体工作状态的方法,即发动机失稳后,具体是处于失速状态还是喘振状态。论文根据Greitzer提出的B参数模型,通过建立压缩系统中的流量关系和气动力学的关系,并将涉及参数无量纲化后,得到了计算压缩系统临界B参数的方法,计算结果与Greitzer文章中所示结果基本吻合;然后分别计算了某型航空发动机在均匀进气和畸变进气情况下的临界B参数值,得到了求解不同飞行情况下压气机临界B参数的方法。
得到判定发动机工作状态的方法后,结合中国民航规章的相关文件,分别制订了针对航空发动机失速/喘振的适航审定流程和判定发动机具体工作状态的适航审定流程,并给出了详细的审定步骤说明。