航空燃气涡轮发动机喘振问题分析

航空燃气涡轮发动机喘振问题分析

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学生：刘哲 指导老师：周长春

摘要

随着我国民航的迅速发展,飞机的数量和种类越来越多,对飞行安全的要求更高,发动机的好坏是保证飞行安全的关键,发动机出问题,直接影响到整个飞行安全,本文通过分析喘振对发动机使用性能及发动机经济性能方面的影响,指出了发动机喘振形成的根本原因,喘振的形成及喘振对飞机的危害,并指出这些影响在飞行中的实际意义和避免喘振的措施。

关键词:发动机；喘振;气流分离;防喘；综述

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航空燃气涡轮发动机喘振问题分析

英文摘要:

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航空燃气涡轮发动机喘振问题分析

引言

1903年12月7日“飞行者”1号,成功载入动力飞行,随着飞机广泛应用在军事、运输领域,航空工业尤其是民用航空业得到迅速发展,人们对飞机的性能也提出了更高的要求,如战斗机较高的机动性能,民用飞机较好的经济性及可靠性等。飞机性能的提高，在很大程度上取决动力装置的发展，人们需要推力更大，速度、高度性能更好的动力装置。实践证明。燃气涡轮发动机能够满足这些要求。

发动机是现代飞机重要的组成部分，发动机的工作对飞机的飞行安全和效益起着决定性的作用，所以装在航线运输机上的燃气涡轮发动机应满足下列基本性能要求：

1 发动机推力大，重量轻。在发动机重量一定时，发动机发出尽可能大的推力，尤其是是起飞推力，可有效改善飞机的起飞、复飞及爬升性能。

2 发动机燃油消耗率低。在一定的飞行条件下，发动机燃油消耗率越低，发动机工作效率越高，经济性越好；同时油耗越低，航线飞行载油量可相对减小，从而降低运行成本。

3 发动机应具有良好的高空性能和速度性能。一方面，飞机应能爬升到11，000米左右，因随着高度上升，大气温度降低，可提高发动机的工作效率，改善发动机的经济性，同时，在平流层飞行，气象条件较稳定，增加了飞机安全性和舒适性；另一方面，在确保发动机的工作效率条件下 ，尽可能提高飞行速度，可缩短飞行时间，目前，高涵道涡扇发动机能确保飞机在高亚音速范围飞行。

4 发动机结构尺寸要小。发动机的结构尺寸主要是指发动机的迎风面积和长度，适应缩小发动机结构尺寸可减小发动机飞行阻力，减轻发动机重量。

5 发动机可靠性要好。发动机可靠性是指在各种气象条件和飞行条件下，发动机稳定、安全工作的性质，它直接关系到飞行安全。

6 发动机的环境污染要小。发动机的环境污染主要有：排气污染和噪音污染。在不断改进发动机性能，确保发动机安全，可靠，经济，稳定工作的同时，应不断减少发动机环境污染水平，逐步达到相应的标准。

7 发动机的使用寿命要长。在实际使用中发动机的使用寿命和发动机的正确使用密切相关正确使用发动机不仅可以有延长发动机的使用寿命，还可以降低发动机的使用成本。 8 发动机要便于维护。在实际飞行中，发动机维护性的好坏直接影响航班的正常及维护

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成本。要使发动机便于维护，降低维护成本，对发动机的设计制造都有相应要求，如：发动机的安装位置，单元件设计，零部件的通用性和可换性，零部件的快速拆卸及安装性等。

这些性能都是发动机最基本的性能,但飞机在飞行中,由于气象条件的各种影响以及发动机本身的不稳定工作造成了发动机的非正常工作,有的严重影响了飞行安全，本文介绍的喘振就是发动机不稳定工作的形式之一,也是影响了飞行安全的主要因素之一,下面我们系统的从各个方面介绍喘振。

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航空燃气涡轮发动机喘振问题分析

1.气机喘振的基本概念

压气机喘振是压气机的一种不稳定工作状态，是由于压气机进口空气流量的骤然减小而引起的气流沿压气机轴向发生低频高振幅的振荡现象。

压气机发生喘振时，将出现以下现象：

压气机出口压力和流量剧烈波动，发动机声音变低沉，发动机转速不稳定， Ma

排气温度升高，发动机振动加剧，发动机推力迅速减小。严重时，甚至出现气流倒流，伴随有放炮声，燃烧室熄火等。

压气机喘振，将对发动机造成严重危害，压气机叶片、涡轮叶片、燃烧室等机件可能因振动和高温而损坏，发动机可能过富油熄火，发动机性能急剧恶化，严重危及飞行安全。所以，飞行员应理解形成压气机喘振的条件，注意防止压气机喘振，同时应熟悉压气机喘振的现象，飞行中注意监控发动机状态，正确及时判断和处置。 2.气机喘振的根本原因

压气机喘振的根本原因是气流分离，这种分离是由于压气机工作状态严重偏离了设计工作状态而引起的。下面我们分析压气机中气流分离是怎样形成和发展的。

压气机在设计状态工作时，气流方向与叶片前缘方向基本一致，可以认为没有分离，属于附体气流。当压气机处于非设计状态工作时，就产生了气体流动和叶片几何形状即气动参数和几何参数不相适应的矛盾，这时气体就要产生分离流动。如果压气机工作状态严重地偏离了设计工作状态，气体流过叶栅时，发生严重的气流分离，强烈的涡流几乎堵塞整个叶片通道，气流忽断忽续，就会造成压气机进入喘振状态。可见，压气机发生喘振的根本原因在于气流分离，因此，分析喘振的形成过程，应从分析气流分离入手。

气体流过压气机叶栅时，是否会发生分离；气流分离后，是否会继续发展。这要由气流进入叶轮时的相对速度W1的方向而定。而相对速度的方向取决于轴向速度和圆周的比值，这个比值叫做流量系数，用Ca表示，即：

Ca = Ca / u

当压气机在设计状态下工作时，流量系数等于

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