航空发动机的喘振
航空发动机喘振故障机理及监控方法研究
第10卷 第15期 2010年5月167121815(2010)1523805205科 学 技 术 与 工 程Sc ience Technol ogy and Engineer i ngVol110 No 115 M ay 2010Z 2010 Sci 1Tech 1Engng 1航空航天航空发动机喘振故障机理及监控方法研究丁蓬勃 王仲生(西北工业大学航空学院,西安710072)摘 要 航空发动机喘振故障是影响发动机性能的主要因素,并对民用客机的安全构成巨大威胁。
在对航空发动机喘振机理进行分析的基础上,从适航性的角度对航空发动机喘振故障进行监测,同时运用可靠性分析方法)))故障树分析法(FTA)对该故障进行计算机辅助建树、定性分析及定量分析,最后采取了相应的控制措施使喘振部件快速退出喘振状态。
通过对航空发动机喘振故障的监控,大大提高了喘振故障的分析效率,同时发动机的可靠性也得到一定提升,对解决喘振故障提供了参考和借鉴。
关键词 喘振故障 故障机理 故障树分析法 故障监控中图法分类号 V233.95; 文献标志码A2010年3月2日收到国家自然科学基金(50675178)资助第一作者简介:丁蓬勃(1984)),陕西省兴平市人,硕士研究生,研究方向:载运工具工程及应用。
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,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0,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。
航空发动机喘振故障分析
航空发动机喘振故障分析摘要：本文简要介绍了航空发动机喘振的概念和原理，分析了发动机喘振的机理和诱发因素。
通过介绍发动机喘振的主要特征，在分析压气机喘振因素的基础上，提出了中间级放气是一种结构简单、可操作性强的防喘振措施。
同时，多转子发动机具有工作范围广、效率高、不易喘振、适应性好、启动方便等优点，在航空发动机中得到了广泛应用。
总之，要有效地预防和控制发动机喘振问题，必须认真分析原因并采取相应的解决措施。
只有这样才能可靠地保证发动机组的长期稳定运行。
关键词：发动机；喘振；损伤；故障分析；措施1、前言发动机喘振会对航空发动机的运行造成严重危害，是其运行过程中的一种异常状态。
为了保障发动机稳定工作，本文详细论述了发动机喘振的机理和现象。
并就如何控制和预防发动机喘振故障提出了一系列措施和建议，以保证发动机的正常运行。
同时为了提高发动机的效率，保证人员的安全，提高设备操作性，必须采取必要的防喘振措施，以保障发动机的稳定运行。
2、基本概念2.1发动机简介发动机叶轮叶片的前部大多是弯曲的，称为导向轮。
利用快速旋转的叶片增加空气压力,它将气体导入工作叶轮，以减少气流的冲击损失。
小型增压器的发动机叶轮一般由导向轮和工作叶轮组成，在发动机叶轮出口设置扩散器，将叶轮内气体的动能转化为压力。
发动机壳体上一般设有进气口和出气口，进气口一般沿轴向布置，通流部分略有减小，以减小进口阻力，排气口一般设计成蜗杆形状的圆周扩张流道，使高速气流不断扩张，提高了增压器的整体效率。
发动机由涡轮驱动，其主要性能参数为：转速、流量、空气流量、增压比。
2.2喘振现象及判断发动机一旦发生喘振，音调会变低而沉闷，导致设备振动增大，主要表现为压力高、流量波动大。
发动机出口压力和流量波动大，转速不稳定，气压突然下降。
发动机排气温度升高，导致温度过高。
喘振严重时，气流阻断，发动机会熄火停机。
发动机一旦进入喘振状态，首先会引起发动机强烈的机械振动和端部过热，在很短的时间内会对设备部件造成严重损坏。
发动机喘振原理
发动机喘振原理1. 嘿，你知道发动机喘振原理吗？就像人跑步喘粗气一样，发动机也会“喘”呢！比如说汽车在高速行驶时突然遇到阻力，发动机就可能出现喘振。
2. 发动机喘振原理其实不难理解啦！想象一下，心脏跳动不规律的时候，人会很难受吧，发动机喘振就类似这样啊！像飞机发动机遇到气流不稳定时就可能喘振。
3. 哇塞，发动机喘振原理超有意思的！好比一个大力士突然使不上劲了，发动机喘振就是这种感觉呀！比如船用发动机在恶劣海况下就可能这样。
4. 嘿，想不想搞清楚发动机喘振原理呀？这就好像演奏乐器时突然走音了一样让人头疼呢！像摩托车发动机有时就会因为各种原因喘振。
5. 发动机喘振原理可重要啦！你想想，要是人呼吸不顺畅会怎样，发动机喘振差不多就是这个后果呀！比如一些老旧的发动机就容易出现喘振现象。
6. 哎呀，发动机喘振原理很神奇的哟！就跟人说话突然卡壳一样，发动机也会这样“卡”一下呢！像某些工程车辆的发动机就可能喘振。
7. 发动机喘振原理，你真该好好了解一下！这不就跟人累了会大喘气一样嘛，发动机也会的呀！比如在高原地区，发动机就容易因为缺氧喘振。
8. 哇哦，发动机喘振原理很值得探究呢！好比人跑步累到腿发软，发动机也会“软”一下喘振哦！像一些高性能赛车的发动机在极限状态下可能喘振。
9. 嘿呀，发动机喘振原理你还不知道吗？这就像人紧张时心跳加速不规律一样，发动机也会这样哦！比如飞机在起飞或降落时发动机就可能喘振。
10. 发动机喘振原理很关键的呀！你看，人要是咳嗽个不停多难受，发动机喘振也不好受呀！像一些使用不当的发动机就容易发生喘振。
我的观点结论：发动机喘振原理虽然看似复杂，但通过这些形象的比喻和例子，其实是可以比较容易理解的。
了解它对于正确使用和维护发动机非常重要。
航空发动机的喘振
11级航空发动机
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一、喘振的概述
概述 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, 甚至造成发动机的严重损坏，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。
•飞机发动机喘振是指发动机压气机的喘振 定义
3.压气机转子叶片的处理。沿着压气机转子叶片轴向倾斜开缝。倾斜缝平 行于轴线方向且向转动方向倾斜。倾斜缝位于转子叶片中部且占叶片弦长 的50%。实验表明, 经此处理可使发动机喘振裕度从8% 增加到17% 。
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喘振的预防和控制
通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生
1.压气机中间级放气。转速低于设计转速时的喘振现象, 是由于压气机前几 级流量系数减少过多引起的。因此在压气机中间级的机匣上开一圈放气孔, 用放气活门控制, 使部分空气由此孔向外排出, 可增加前几级空气流量, 避免 喘振。
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喘振的预防和控制
其它防喘措施
4、压气机可变进口通道面积 5、机匣处理 6、控制供油规律 7、正确操作, 精心维护发动机
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谢谢
.ห้องสมุดไป่ตู้
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喘振的发生机理
喘振的分析
C①a ——空气的轴向分速度;C①——空气的绝对速度，u——压气机叶 轮的圆周速度;ω①—空气对压气机叶轮的相对速度; i —攻角。
流量系数
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喘振的发生机理
正常工作状态
C①a = C①a这时气流相对速度方向与叶轮的叶片前缘方向 基本一致攻角为零(i=0),不会出现气流分离现象。
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喘振的发生机理
非工作状态1
不 会 发 生 喘 振
C①a > C①a此时相对气流的方向偏离了叶片前缘的方向。 这时,气流将冲向叶 片凸面(背面) ,形成负攻角( i < 0)。 如果负攻角较大, 则在叶片的凹面将出现 涡流, 发生气流分离现象,如图1( c)。
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；综述英文摘要: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。
基于脉动压力变化率的航空发动机喘振检测方法
燃气涡轮试验与研究 Gas Turbine Experiment and Research
Vol.32, No.2
A率 的 航 空 发 动 机 严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严
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Aero-engine surge detection method based on fluctuating pressure change rate
LEI Jie，FANG Jian-feng，LEI Xiao-bo
(Engine Department of Chinese Flight Test Establishment，Xi’an 710089，China) Abstract：According to the characteristics that the airflow fluctuating pressure will change sharply when the surge failure happens, the occurrence of surge can be detected in real time by measuring and calculat⁃ ing the fluctuating pressure change rate at the outlet of the compressor. The dynamic pressure signal was preprocessed to extract the fluctuating pressure in a particular band, and the fluctuating pressure change rate in the fixed period was calculated. The surge detection threshold and criterion was set based on the ground test results of the engine to determine whether the change rate satisfied the criterion to realize surge detection. Two surge failures in a certain engine flight test were detected using this method. Analysis shows that when no surge occurs in the engine, the difference of the fluctuating pressure change rate between the ground test and the flight test is small. When surge occurs, the fluctuating pressure change rate will in⁃ crease sharply. When the engine works stably under steady and transient conditions, the fluctuating pres⁃ sure change rate is not affected by the change of the engine operation conditions. Key words：aero-engine；surge；pressure change rate；characteristic extraction；on-line detection；flight test
压气机喘振的原因分析及防治措施毕业论文
毕业设计（论文）论文题目：压气机喘振的原因分析及防治措施所属系部：指导老师：职称：高工学生姓名：班级、学号:专业：航空机电设备维修毕业设计(论文)进度计划表本表作评定学生平时成绩的依据之一。
压气机喘振的原因分析及防治措施【摘要】本论文主要阐述了航空发动机喘振的原因与防治措施。
发动机作为飞机的心脏被誉为“工业之花”它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性而发动机的喘振就是发动机的所有故障中最常见也是最有危害性的一个。
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。
关键词：航空发动机喘振预防措施预防措施超温熄火停车Abstract: This thesis describes the aviation engine surge 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 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 occurring along the axial direction of the compressor， low frequency，high amplitude oscillation phenomenon. This low-frequency high amplitude oscillations of air is a source of great centrifugal force， it causes the engine parts of the intense mechanical vibration and thermal side-temperature， and in a very short time result in serious damage to the mechanical parts， Therefore， in any state are not allowed to enter the compressor surge zone work.Key words:Aircraft engine surge PRECAUTIONS overtemperature shutdown Parking目录1 概述 (3)2 喘振的认识 (5)2.1压气机工作原理 (5)2.1.1基元级速度三角形 (5)2.1.2增压原理 (6)2.2喘振的定义 (7)2.3喘振的表现及危害 (8)2.3.1案例 (8)3 造成发动机喘振的原因 (10)3.1气流分离 (10)3.2叶片槽道的扩压性 (11)3.3旋转失速 (12)3.3.1旋转失速的定义： (12)3.3.2低速气流区的生成： (12)3.3.3旋转失速分类： (12)3.3.4旋转失速的主要特征： (12)3.3.5旋转失速的影响： (12)3.3.6旋转失速与喘振的关系： (13)4 喘振的预防及应采取的措施 (14)4.1通过改进发动机结构设计来预防喘振 (14)4.2通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生 (14)4.2.1喘振控制系统常用的防止喘振方法: (14)4.2.2可旋转导向叶片 (15)4.2.3控制供油规律 (16)4.3正确操作，精心维护发动机，也能避免喘振的发生 (16)4.4战斗机发射武器时发动机喘振采取的措施 (17)4.5飞行过程中发动机喘振采取的措施 (17)4.5.1 副油路节流嘴直径（压降）对主调节器的影响 (17)4.5.2 升压限制器投入工作点对防喘切油的影响 (18)4.5.3 定压源不稳定对防喘切油过程的影响 (18)4.5.4 副油路节流嘴直径改变对主油路节流嘴影响 (18)4.5.5 层板节流器流量对防喘切油的影响 (18)结束语 (3)谢辞 (4)文献 (5)1 概述近几十年来，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。
航空燃气涡轮发动机喘振探析
航空燃气涡轮发动机喘振探析喘振主要是指气流沿航空燃气涡轮发动机轴线方向出现的低频高幅气流振荡情况。
一旦航空燃气涡轮发动机进入喘振状态，不仅会导致航空燃气涡轮发动机自身出现强烈机械振动及热端超温，而且会在较短的时间内导致燃气部件出现严重破坏，最终导致整体航空燃气涡轮发动机出现不稳定运行风险。
为了避免喘振对航空燃气涡轮发动机的影响，对其运行情况进行适当分析具有非常重要的意义。
1航空燃气涡轮发动机喘振表现以航空燃气涡轮发动机特性曲线为入手点，得出若流经航空燃气涡轮发动机空气流量降低到一定限度，进而促使运用工况点下滑到喘振边界左侧。
在这期间空气流量的不稳定变化，不仅会导致航空燃气涡轮发动机内部压力出现不稳定波动，甚至会出现气流由航空燃气涡轮发动机倒流入外界大气的情况。
而气流倒流情况的出现，则会导致航空燃气涡轮发动机内部空气流量减少，进而促使航空燃气涡轮发动机功率下降、发动机推力缩小；航空燃气涡轮发动机推力的下降也会导致发动机整体燃油损耗增加，进而促使航空燃气涡轮发动机经济性能不稳定风险加大；随着燃气消耗率的上升，发动机排气温度指示值也会出现一个较大的上升幅度，最终促使进入航空燃气涡轮发动机燃气室空气量变小，而在航空燃气涡轮发动机内部轴向振动的发生，也增加了航空燃气涡轮发动机裂纹、叶片断裂的风险。
在航空燃气涡轮发动机喘振现象发生后，整体发动机声音及外观也会发生一定的变化，一方面由于严重喘振会导致航空燃气涡轮发动机通道堵塞，促使已压缩局部气体从进气口倒流，而温度骤降不仅会导致进气口周边水汽凝结，而且会促使发动机周边金属粉末剧烈震荡，最终出现冒白雾或白烟现象。
另一方面，航空燃气涡轮发动机正常运行时的声音为连续不间断的啸声，而在航空燃气涡轮发动机出现喘振现象时，由于燃气室内部空气无法完全充分燃烧，而较高的尾喷口由于与空气接触会出现快速燃烧情况，尾喷口的剧烈燃烧情况不仅会导致航空燃气发动机出现低沉声，而且会出现放炮或火舌喷出情况[1]。
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11级航空发动机
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一、喘振的概述
概述 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, 甚至造成发动机的严重损坏，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。 •飞机发动机喘振是指发动机压气机的喘振 定义 压气机喘振是指非正常工况下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。
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喘振的预防和控制
防喘
为保证涡轮发动机在所有瞬态和稳态工作条件下都不发生喘振, 就需要从改进发动机结构设计和设计防喘控制系统入手,使涡轮 发动机有较大的喘振裕度
喘振边界
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喘振的预防和控制
防喘措施
通过改进发动机结构设计以预防喘振
1.采用双转子或三转子结构。当发动机转速变化, 压气机工作状态偏离设 计值时, 双转子或三转子发动机的高低压转子会自动地调整转速, 保持各 级压力机进口处流量系数接近设计值, 使压气机稳定工作, 喘振裕度增加。 2.发动机进气道内表面处理。采用进气道内表面开直槽或斜槽的方法可以 增大进气口的喘振裕度。当进气冲角增大, 接近气流分离状态时, 气流可 沿所开槽方向流入进气道, 这样进气道内壁气流速度加快, 使气流分离不 能发生, 避免了喘振的出现。 3.压气机转子叶片的处理。沿着压气机转子叶片轴向倾斜开缝。倾斜缝平 行于轴线方向且向转动方向倾斜。倾斜缝位于转子叶片中部且占叶片弦长 的50%。实验表明, 经此处理可使发动机喘振裕度从8% 增加到17% 。
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喘振的发生机理
非工作状态1
不 会 发 生 喘 振
C①a > C①a此时相对气流的方向偏离了叶片前缘的方向。 这时,气流将冲向叶 片凸面(背面) ,形成负攻角( i < 0)。 如果负攻角较大, 则在叶片的凹面将出现 涡流, 发生气流分离现象,如图1( c)。
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喘振的发生机理
非工作状态2
喘 振
C①a < C①a此时相对气流的方向同样偏离了叶片前缘的方向。这时， 相对气流将冲向叶片的凹面,形成正攻角( i > 0)。 如果正冲角较大,在 叶片凸面就会发生气流分离现象。
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喘振的发生机理
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。 流量系数过大所形成的涡流区不会继续扩大。 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。
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喘振的预防和控制
其它防喘措施
4、压气机可变进口通道面积 5、机匣处理 6、控制供油规律 7、正确操作, 精心维护发动机
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谢
谢
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喘振的概述
喘振的现象
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。
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喘振的发生机理
喘振的分析
C①a ——空气的轴向分速度;C①——空气的绝对速度，u——压气机叶 轮的圆周速度;ω①—空气对压气机叶轮的相对速度; i —攻角。 流量系数
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喘振的发生机理
正常工作状态
C①a = C①a这时气流相对速度方向与叶轮的叶片前缘方向 基本一致攻角为零(i=0),不会出现气流分离现象。
华中科技大学能源与动力工程学院喘振的预防和控制通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生
1.压气机中间级放气。转速低于设计转速时的喘振现象, 是由于压气机前几 级流量系数减少过多引起的。因此在压气机中间级的机匣上开一圈放气孔, 用放气活门控制, 使部分空气由此孔向外排出, 可增加前几级空气流量, 避免 喘振。 2.可旋转导向叶片。利用可转动的进气导向叶片, 或前几级整流静子叶片, 使 气流在叶轮进口的相对速度方向不因流量系数的减小而变陡, 仍保持有利的 角度进入叶轮, 则可避免叶片背部发生气流分离, 防止喘振发生。 3.控制供油规律。因为燃油的流量可单值地控制发动机的工作状态。当发动 机接近或进入喘振区时, 通过燃油流量的控制。可以改变发动机的状态, 从 而使发动机退出喘振区域。