涡轮发动机喘振分析与预防措施

1、中国民用航空飞行学院 高等教育自学考试毕业论文论 题 涡轮发动机喘振分析及预防措施 姓 名 王 强 专 业 航空维修工程管理 准考证号 068111342108 指导教师 杜 英 杰 完成日期 2012年6月16日 中 国 民 用 航 空 飞 行 学 院涡轮发动机喘振分析及预防措施摘要发动机是飞机的心脏，发动机的正常运转保证了飞机的安全。发动机的喘振是发动机的所有故障中最有危害性的一个。现就从喘振的形成，发生的条件，预防措施及使用维护中注意的事项做以下浅析。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，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。关键词：涡轮发

2、动机；喘振；超温；预防措施； Abstract：The engine is the heart of the planes engines ensures the normal operation of the security. The engine surge is the engine of the most dangerous of all faults. Now from the formation of the surge, the change in condition, the preventive measures and use maintenance notices do the following analyzed.Air compressor surge is along the axis of the compressor happened low frequency and high amplitude the oscillation of the phenomenon. This kind of low frequency oscillation amp

3、litude of high flow is a big shock source; it can lead to engine parts of strong mechanical vibration and hot end of overheating, and in a very short period of time cause serious damage to illustrate, so in any state are not allowed into the compressor surge area work.Surge is the phenomenon: the voice of the engine by whistle into deep pointed; The engine vibration increase; Compressor export total pressure and flow of the fluctuation of greatly; Speed is not stable, thrust down and suddenly th

4、ere is a big wave; The engine exhaust temperature, cause overheating; Serious while happens, the air of interrupts occurred parking stall.Therefore, once the occurrence of the above phenomenon, must take immediate measures to make the compressor exit surge working state.目录摘要2前言5第一章 喘振的认识61.1压气机工作原理61.1.1基元级速度三角形61.1.2增压原理61.2喘振的定义81.3喘振的表现及危害91.4案例9第二章 造成发动机喘振的原因112.1气流分离112.2叶片槽道的扩压性132.3旋转失速14第三章 喘振的预防及应采取的措施153.1通过改进发动机结构设计以预防喘振153.2 通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生163.2.1压气机中间级放气163.2.2可旋转导向叶片173.2.3控制供油规

5、律193.3正确操作, 精心维护发动机193.4 飞行过程中发动机喘振采取的措施193.4.1 选取合适的主、副油路节流嘴直径193.4.2 提高升压限制器退出工作点203.4.3 选择动态性能较好的定压活门203.4.4 选择合适的层板节流器21第四章 结论21第五章 致谢22第六章 参考文献23前言近几十年来, 随着航空事业的发展, 飞行器的安全性和可靠性越来越引起人们的重视, 特别是民用客机,一旦发生故障,轻则影响飞机的性能,重则机毁人亡,后果不堪设想。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,同时发动机的喘振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。民用客机要求安全、可靠、经济。安全是民用飞机设计首要考虑的问题。要达到安全的目的,必须符合最基本的适航性要求, 即，要求航空器包括部件及子系统整体性能和操纵特性在预期运行环境和使用限制下具有安全性和物理完整性品质。这种品质要求航空器应始终处于符合其型号设计和安全运行状态。本篇论文从产品设计、修理工艺和维护使用三方面进行分析，使我们更能清楚的

6、了解飞机发动机喘振的形成,发生的条件,预防措施及使用维护中注意的事项。第一章 喘振的认识1.1压气机工作原理 1.1.1基元级速度三角形轴流压气机由多级组成，每级由一圈转子和静子级成。如果我们用某直径的圆柱面取压气机的一个级，并展现为平面，即得一个两排平面叶栅组成的基元级。基元级是压气机的基本元素当气流经过动叶栅（转子），在它的前后两个速度三角。如图1-1-11-1-1V 表示绝对速度， w 为相对速度， u 为转缘速度由于轴流压气机级的增压比小，且在压气机级前后流程通道尺寸径向尺寸逐渐缩小，所假定在压气机级的进出口的轴向分速不变，即V2a=V3a。如再假定V1 、V3 方向一致，就可将叶轮前后的两个速度三角形画在一起。1.1.2增压原理从速度三角形看，气流经过动叶栅，相对速度从W1降为W2，绝对速度从V1升到V2，叶轮轮缘做功，下式右边第一项为气流经过转子所获动能，第二项表示气流经过转子有多少相对动能转化为气体静压的提高，由于转子叶片对气流做功增加气流速度，根据气动原理，它的冲压也增加，但这些增加量还比不上扩压的影响，如图1-1-2a1-1-2a当气流流过转子叶片时，叶片剖面形状决定

7、了通道是扩散的。根据伯努力原理，气流的静压增强。当流过静子叶片时，动能没增加，气流速度冲压会下降，其下降数量是前一级转子中所增加的值，由于静子叶片形成通道也是扩散的，它的静压也增加，这样气流通过每一基元级时速度几乎不变，而压力（冲压和静压的总和）增加了，气流通过整个压气机时达到了压力增大的设计目的。如图1-1-2b 1-1-2b压气机能增加气流压力，主要是压气机涡轮输入的能量，而每个转子或静子与气流之间都要有一定攻角，这样就在每个叶片上下表面形成不同的压力区，如下图1-1-2c1-1-2c而这样排列又使相邻两个级的压力区相互影响，我们称它为瀑布效应，正是这种效应使气流进入压气机就像进入泵中一样，气流在第一级转子高压区被压入第一级静子低压区以此方式气流流过整个压气机。1.2喘振的定义压气机喘振是指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。我们在研究压气机特性线时已经指出：在压气机特性线中的左侧，有条喘振边界线。假如流经压气机的空气流量减小到一定程度，而使运行情况进入到喘振边界线的左侧，那么，整台压气机就不能稳定工作。那时，空流量

8、就会出现波动，忽大忽小；压力出现脉动，时高时低；到严重时，甚至会出现气流从压气的进口处倒流出来的现象；同时还会伴随着低频的怒吼声响；这时还会使机组产生强烈的振动现象。这种现象通常称为喘振现象。在飞机的实际运行中，我们决不能容许压气机在进入喘振状况。以上图片是发动机压气机特性曲线1-2喘振边界堵塞边界1-21.3喘振的表现及危害喘振时的现象是：发动机的声音由尖哨转变成为低沉；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。 1.4案例 2007年12月18日下午3点过，一架空中客车客机在飞行中引擎发生故障，5辆消防车、3辆救护车在广州白云国际机场等候该客机降落。3点45分，飞机安全在原定地点降落。这架杭州飞往广州的航班，航班号为CZ3804，正常情况下，航班下午1点20分从杭州起飞，3点在广州降落。18日下午3点35分，广州白云国际机场工作人员黄先生告诉记者，CZ3804在广州白云国际机场上空盘旋，而

9、机场上有5辆消防车、3辆救护车在等候飞机降落。机场工作人员周先生也对此作了证实。周先生说，飞机左发动机出现故障，不能正常降落。下午3点45分左右，这架空客320飞机，在地面人群关注下，安全降落在广州白云国际机场。飞机上数十名乘客走出机舱，面色平静。随后，消防车和救护车离开现场。18日下午4点25分，记者赶到广州白云国际机场时，远远看到一辆拖车，将这辆航班号为CZ3804的飞机拖走。拖行过程中，飞机没有亮灯，飞机被拖到广州白云国际机场维修处后，发动机被取了下来，用货车运走。据该航空公司广州分公司宣传部负责人说，这架飞机在飞行过程中出现了“机器疲劳”，发生“喘振”现象。据其介绍，“喘振”现象全国民航每年大约发生60次。此次事件中，飞机降落到预定地点，为避免给飞机上的乘客造成恐慌，事先并未知会乘客。该负责人表示，机场方面之所以派出消防车和救护车，是启动了应急预案，是机场方面对此的重视，并不是说飞机遭遇了太大的危险。该负责人还解释说，“喘振”发生后，飞机发动机会停止工作，而另外一台发动机将继续工作150分钟，不影响飞机航行。2010年9月新加坡媒体日前报道称，9月17日原定从狮城飞往上海的东航MU568次航班，起飞后5分钟引擎着火，飞机因此被迫折返，机上229名乘客“空中惊魂，死里逃生”。东航方面就此接受本报记者采访时回应，该班机并未发生起火现象，只是飞机左发动机“喘振”，机组为确保安全而决定返航。目前东航上海总部派的工程师已抵达新加坡检查排除故障。东航发言人回应，该次航班于17日下午新加坡当地时间

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