喘振 作业

你们好：建议：1配合图来描述工作过程，如下图的工作机理2 加入喘振边界的概念进行分析3 开篇综述部分，先简单介绍航空发动机----压气机，再进入到喘振的问题讲述内容：喘振机理（突出速度三角形）或者防喘机理事先准备PPT其他内容也要熟悉，以便回答老师和同学的问题祝你们顺利！！浅析压气机喘振涡轮发动机广泛应用于航空领域, 而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, 甚至造成发动机的损坏。

喘振是发动机的一种不稳定工作状态, 发生喘振时, 可以观察到发动机工作不连续, 有喘声并急剧振动, 同时发出低沉的噪音; 发动机转速动、悬挂或急剧下降, 排气温度急剧升高, 推力急剧下降。

如不及时消除, 会导致发动机停车或损坏, 最终酿成严重事故。

喘振的发生机理涡轮发动机发生喘振的原因可以用气流分离的形成和发展理论来说明。

发生喘振的根本原因是气流在涡轮发动机压气机的叶片通道内严重分离而造成的压气机不稳定工作现象。

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。

从而使涡轮发动机的工作状态严重地偏离了设计工作状态而引起的。

下面引入攻角和流量系数这一概念。

攻角指叶轮进口处相对速度方向与叶片弦线之间的夹角。

影响攻角的两个因素是转速u和叶轮进口处的绝对速度C①（大小和方向）。

流量系数指工作叶轮进口处的绝对速度在发动机轴线的分量和工作叶轮旋转的切向速度之比。

实际流量系数偏离设计值，易产生气体分离。

图1速度三角形用速度三角形对喘振发生的原因和过程做具体分析。

相对于压气机叶轮进口而论, 气流是否发生分离要看相对速度的方向如何。

而此相对速度的方向则与气流轴向分速度与叶轮圆周速度的大小有关, 取决于轴向分速度与圆周速度的比值。

这个比值, 称为流量系数用符号Ca’表示, 即: Ca’ =Ca/u式中Ca指空气的轴向分速度, 对某一压气机它可代表空气容积流量的大小; u是指压气机叶轮圆周速度。

以下分析压气机处于各种不同工作状态下, 叶轮上发生气流分离的情况。

如图2画出了气流流入一级压气机工作叶轮在设计工作状态和非设计工作状态下的速度三角形。

其中C○1a --空气的轴向分速度; C○1-- 空气的绝对速度; u -- 压气机叶轮的圆周速度; w○1-- 空气对压气机叶轮的相对速度; i--冲角压气机在设计工作状态下工作时: C○1a =C○1a‘这时气流相对速度方向与叶轮的叶片前缘方向基本一致, 不会出现气流分离现象, 如图(b)所示。

当压气机处于非设计工作状态时, 空气的流动情况就不同了:当C○1a > C○1a‘设, 此时相对气流的方向偏离了叶片前缘的方向。

所偏离的角度i , 叫做冲角。

这时, 气流将冲向叶片凸面( 背面) , 形成负冲角( i < 0) 。

如果负冲角较大, 则在叶片的凹面将出现涡流, 发生气流分离现象, 如图(c) 。

不过由于空气具有惯性, 当它流过弯曲的叶片通道时, 总有压向叶片凹面的趋势, 这就利于减弱和消除气流分离现象, 即使发生分离, 其涡流区也不易扩大。

此时, 仅引起压气机效率降低, 而不会引起喘振。

C○1a< C○1a‘, 此时相对气流将冲向叶片的凹面, 形成正冲角( i > 0) 。

如果正冲角较大, 在叶片凸面就会发生气流分离现象。

由于空气的惯性作用, 本来就有脱离凸面流动的趋势, 所以气流容易分离, 而且涡流区容易迅速扩大。

当涡流区发展到把大部分甚至全部叶片通道堵塞时, 前面的空气就流不进来, 气流暂时中断。

但由于叶轮的不停转动, 压气机内的空气将被叶轮推动而继续向后流动, 涡流区也就随之向后移动, 空气便又继续流入叶轮。

此后, 由于该处的空气流量系数仍小于设计值, 因而又重复了上述的分离现象。

这样压气机的工作过程中, 便出现了流动、分离、中断而后再流动, 再分离、再中断的周而复始的脉动现象, 压气机内的空气流量时断时续, 空气压力忽大忽小, 压气机的工作极不稳定, 进而使整个涡轮发动机进入喘振状态。

如图(a)。

图2进口气流轴向速度变化时, 相对速度方向的变化经过以上分析, 可以得出以下结论: 当流量系数大于或小于设计值时, 在涡轮发动机压气机进口处会产生气流分离现象。

但是流量系数过大所形成的涡流区不会继续扩大, 而流量系数过小时所形成的涡流区则会继续扩大, 从而在叶轮旋转的作用下, 产生强烈的分离, 引起喘振。

喘振的现象与影响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。

在压气机发生喘振时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。

引起喘振原因○1发动机转速低于设计值过多。

当发动机转速从设计值减小使，发动机流量也相应减小。

因叶轮转速减小时，压气机每级叶轮的增压比能力被削弱。

由于逐级积累，压气机后面级空气密度与设计值相比减小太多，所以此时，压气机后面级的通道面积对其空气密度而言就显的太小，后级气流存在堵塞倾向。

由于后级气流不畅，必然引起压气机进口空气的进一步减小，所以最终引起压气机前级流量系数小于设计值，诱发压气机进入喘振状态。

○2压气机进口总温T1过高。

当压气机进口总温升高时，由于热空气不易压缩，各级压气机叶轮增压效率降低。

由于逐级积累，使压气机后级空气密度较设计值减小太多，这与转速过低的影响相似，最终引起压气机前级流量系数小于设计值，诱发发动机进入喘振状态。

○3空气流量骤然减小。

压气机进口空气流量骤然减小时，压气机进口气流速度迅速减小，首先使前级流量系数小于设计值，引起前级喘振，由于流量连续，气流轴向速度逐级减小，使后级流量系数低于设计值更多，最终将引起压气机前后级都喘振。

○4防喘装置故障，压气级积冰，发动机遭外来物击伤等情形都易引起发动机喘振。

如：某歼6飞机因掉进起动箱内的保险丝头，使放气带电磁活门短路，收油门时，两台发动机放气带都不能打开，导致双发喘振停车，造成严重事故。

[3]○5某些粗猛操纵也容易引起喘振，如侧滑，猛拉杆增大迎角，进入螺旋，进入其它飞机的排气流等，这些都会使流量系数减小而可能引发喘振。

如某歼6飞机，在高度18200米，表速280公里/小时，压坡度猛而进入螺旋，进气道严重的气流分离，造成双发喘振停车。

○6叶片失速引起的气流阻塞与燃烧室特性和其它压气机排气系统的特性相结合，可能是引起喘振的一个原因。

当一个叶片失速时气流就转向，失速阻塞了气流，于是气流必须转向相邻的通道，当重量流量降低到低于设计值时，并引起压缩比的进一步下降，如果现在允许增加重量流量，要回转到局部失速，其重量流量必须比原来转速时的流量还要多时才会发生。

因而出现一个滞后现象，这个滞后现象同其他燃烧室特性或其他压气机排气系统的特性相结合，可能是引起喘振的一个原因。

另外单转子发动机加速时和供油过多也有可能引发压气机喘振。

○7发动机由慢车加速到起飞状态时由于操作油门过急也会引起压气机喘振。

从慢车加速到起飞状态时，通常是高压压气机先发生喘振。

因加油门使发动机加速时，需要燃油调节器多供一些燃油给发动机，.使涡轮产生更多的功率。

驱动压气机转子增速，通常情况下发动机加速功率与涡轮多余的功率是成正比例的。

但是，如果推油门过多、过急就会使这种比例失调，引起压气机喘振。

或者由于压气机衰退，放气活门有故障，慢车转速的低于正常值时，急推油门也会引起压气机喘振。

1996年7月23日，中国某航空公司一架B747SP飞机执行北京—法兰克福航班任务，13：08在北京起飞后，高度300英尺时2#发动机喘振，N1和EPR下降，瞬时达到极限，发动机自动停车。

机组空中放油后，14：17三发安全着落。

因此，在使用中加油门要缓慢柔和。

发动机减速时也可能引起压气机喘振。

发动机收油门减速时发生的喘振，多数是在低压压气机内产生，因为在急减速时，高压转子比低压转子到的快，这时高压转子对低压转子形成了一个“反压”，迫使低压转子的工作线向喘振边线移动。

在通常情况下，低压压气机的喘振裕度可以防止压气机喘振，但是由于压气机性能衰退，放气系统不匹配等情况，则可能发生压气机喘振。

所以要柔和收减油门。

○8发动机进气道积冰容易引发发动机喘振。

当发动机进气道积冰时，一方面使发动机进口空气流量减小，另一方面由于积冰使进气道表面不规则，引起进气道气流分离加剧。

所以，进气道积冰容易引起发动机喘振。

○9夏季低空风切变也有可能引发喘振。

一方面，夏季气温气压高，空气难以压缩，而进气道没有增大，所以引起进气道气流骤减。

另一方面，低空风向剧变，风向不定，使进气道口气流进一不骤减。

在这两方面因素共同作用下，都有可能引发喘振，危及飞行安全。

○10使用反推装置时也可能引发压气机喘振。

飞机着落为缩短滑跑距离，使用反推容易引起发动机的喘振。

因为反推时折流过的空气重新进入发动机。

而进入发动机的这些气体则是热气，是此发动机或邻近的发动机的折流气体，同时，飞机着落时发动机离地面近，当有侧风时，使得进气道前下部产生一个地涡，使得进入发动机的气体畸形，此时使用反推易使压气机的工作线向喘振边线移动，而产生喘振。

○11外来物进入发动机也容易引发压气机喘振。

若外来物进入发动机，如遇鸟击等，这些情况一方面可能损坏压气机叶片；另一方面会影响进气口空气流量，使进气道空气流量突然减小，可能引起气流分离，从而导致压气机工作稳定性变差，压气机喘振的倾向增强。

如某歼6飞机返航至三转弯位置，飞行员收油门时，听到“轰”的一声，并感到推力明显减小。

此时左发转速为7000转/分，右发自动停车。

飞行员单发落地。

经分解右发离心活门发现活门弹簧上半段烧黑退火，自由长度缩短了7mm。

分油活门的第一凸台严重磨损并卡在通油位置。

防喘阵方法、原理喘振裕度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。

防喘原理防喘就是要解决气流分离,方法是减小攻角，要减小攻角就必须改变叶轮进口处相对速度的方向，从速度三角形可知，就是要通过改变叶轮的圆周速度（即改变转速）和叶轮进口处的绝对速度（包括大小和方向）来实现。