某型航空发动机进口畸变指数测量试验研究

杨艳美 贺剑 李华乔

【摘 要】本文简要介绍了某型航空发动机进口畸变的试验原理、试验设备，着重对进口畸变指数测量试验过程中遇到的喘振、流量测量精度低等关键问题进行了详细的分析研究，提出了解决方法，保证了试验的顺利进行，且结果真实可靠。通过该试验测定了在不同工作状态下发动机发生喘振现象时的畸变指数，得出了相关变化规律，为该型发动机的稳定性评估提供了依据，同时文中试验方法可为其他型发动机的畸变试验提供参考。

【关键词】航空发动机;进口畸变;进口畸变指数测量

中图分类号： V216 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）04-0042-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.017

Experimental Study on the Inlet Distortion Index Measurement of an Aeroengine

YANG Yan-mei HE Jian LI Hua-qiao

（AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute， Zhuzhou Hunan 412002， China）

【Abstract】The principle and equipment of the inlet distortion experiment of an aeroengine were briefly described .The detailed analysis research of the key problems such as surge， low accuracy of flow measurement and so on encountered during the inlet distortion index measurement was mainly carried on and the solution to ensure the smooth running of the test was proposed by this paper， and the results are real and valid. The distortion index of the engine under different working conditions was measured and the relevant change rules were obtained by the test which offered basis for the stability assess of the engine， and the methods in this paper can provide a reference for the distortion test of other types of engine.

【Key words】Aeroengine; Inlet distortion; Inlet distortion index measurement

0 引言

发动机进气畸变是影响发动机稳定性的一个很关键的降稳因子，它会引起稳定边界的下降，从而使稳定裕度减少，若超过了可用稳定裕度，发动机将产生气动不稳定性，严重时可导致喘振、空中熄火停车 ，甚至损坏发动机[1]。

随着对飞机的使用需求越来越高，发动机进口压力畸变对其稳定性的影响就越来越重要。畸变指数是衡量发动机进口流场分布偏离均匀流场的指标，用来表示气动界面上的流场品质，它与压缩系统喘振压比损失建立相关方程，用来评定发动机的性能和稳定性[2]，因此就要依赖于对压气机进口畸变进行研究，通过试验确定畸变指数等参数。

1 试验原理

试验采用在发动机进口设置可移动插板式畸变发生器的方法对发动机进行进口畸变试验。由于在整机台架试验中无法直接对发动机进口畸变指数进行测量，因此，试验分为两部分进行，本文着重对第2部分进行研究。

1.1 整机台架进口畸变试验

试验中缓慢推进插板使发动机达到喘振边界，确定不同工作状态下发动机发生喘振现象时的插板位置和进口空气流量参数，试验系统简图见图1。

1.2 给定条件的畸变指数测量试验

根据第一步试验确定的参数，在部件试验台进行畸变指数测量试验（用抽气风机进行抽气模拟整机试验的发动机进气条件），测定在不同工作状态下发动机发生喘振现象时的综合压力畸变指数W、周向总压畸变指数DC60等参数。

2 畸变指数测量试验设备

2.1 试验件布置

进口畸变测量试验的试验件包括流量管、整流进气道、插板式畸变装置（畸变发生器）、进气机匣和整流锥。

与整機试验不同的是：试验件与设备主气流管道连接，利用抽气风机进行抽气，通过调节风机转速和管道阀门的开度，使试验件的进口空气换算流量Wa1c达到插板位置H对应状态的规定值（根据整机试验测定的值）;增加了畸变测量段，通过测量气动（2-2）截面的气动参数来获得进气畸变指数。

2.2 插板畸变装置

插板式畸变装置工作时的插板几何特性如图2所示。H为插板的插入深度，D为发动机进口直径。

3 试验中关键问题及其解决方法

3.1 小流量试验状态引起的喘振

在前期性能试验调试阶段，发动机慢车等状态的最小流量（Wa1c=1Kg/s左右时）状态引起抽风机喘振，导致试验无法顺利进行。

原因分析：当插板插入到一定深度时，截流增大，引起设备动力风机抽气量不足，出现喘振现象。

解决方法：增加补气装置，经过不断摸索，在适当位置对风机进口进行补气，解决了该问题。

3.2 流量测量精度

为了提高流量测量精度，试验采用了流量管和标准文氏管，流量管设置在整流进气道前端，文氏管设置在主气流管道上。

文氏管精度可达±1%FS，满足试验的要求。相比于流量管，在差压式流量计中，文氏管的准确度最高，压力损失较低，且文氏管不容易受到摩擦破坏，无污垢附差，试验过程中以设备流量测量装置即文氏管为准。流量管用来与文氏管做流量对比，进一步保证测量的有效性。

3.3 压力场测量方法及压力测量精度

在试验过程中测量气动（2-2）截面的气动参数，既要测得密集有效的压力参数来真实反映发动机进口的压力场，又不能堵塞进气，同时要保证压力测量的精度，试验采用以下方法进行测量：

（1）采用旋转式总压测量装置，在旋转测量机构的圆环上按三等份圆周安装3支总压探针、3支单点动压探针、连接3个静压测点，每支总压探针安排6个测量点，均按等环面分布;

（2）试验过程中采用DSA压力测量系统，精度为±0.05%。

（3）测试圆盘首先在“0”位测量一次总压和动态压力，然后按顺时针方向（顺着气流方向看）依次转动11次，每间隔10°测量一次出口压力场;

（4）试验数据的采集要在状态稳定后进行：即Wa1c稳定30秒且与规定值的偏差不大于±1%后记录参数。

试验表明，通过上述方法真实有效的测定了发动机进口压力场，同时保证了测量精度。

4 试验结果

发动机不同状态下的综合压力畸变指数W和周向总压畸变指数DC60随插板插入深度H变化的关系曲线，见图3。由图可知，综合压力畸变指数W与畸变板的插入深度H成正比，同一H值下，发动机运行状态越高，W值越大。

5 结论

本文对某型航空发动机进口畸变指数测量试验中出现的关键问题进行了详细分析，提出了解决方法。通过试验测定了在不同工作状态下发动机发生喘振现象时的综合压力畸变指数W和周向总压畸变指数DC60等参数，得出了相关变化规律，为发动机抗进口总压畸变能力的确定提供了数据，同时文中试验方法可为其他型发送机畸变试验提供参考。

【参考文献】

[1]王有文，张亿力.进气畸变的研究发展及对发动机稳性的分析[J].南华动力.2006（2）：10-19.

[2]孔迪.某型航空发动机进气压力畸变试验研究[J].航空发动机.2014，40（3）：60-65.

[3]王斌，李軍.某型涡扇发动机进气压力畸变的试验研究[C].中国航空学会发动机试验与测试技术学术交流会.2002.

[4]李宏新，李国权.航空发动机动力传输系统的技术发展思考[J].航空发动机，2013，39（2）：1-5.

[5]梁春华，刘红霞，索德军，等.美国航空航天平台与推进系统的未来发展及启示[J].航空发动机，2013，39（3）：6-11.