姚明 白昊鵬 徐聲恒

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽 110043）

某型發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)原理分析

姚明 白昊鵬 徐聲恒

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽 110043）

喘振對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全工作有嚴(yán)重危害，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在任何狀態(tài)下都應(yīng)避開喘振區(qū)。某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)的作用是提高發(fā)動(dòng)機(jī)喘振裕度，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振時(shí)，通過控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)和幾何通道調(diào)節(jié)，來消除發(fā)動(dòng)機(jī)喘振，并將發(fā)動(dòng)機(jī)快速恢復(fù)到原穩(wěn)定狀態(tài)。本文簡(jiǎn)要介紹了某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)的組成及工作原理。

航空發(fā)動(dòng)機(jī) 消喘 防喘 喘振

航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振是氣流沿壓氣機(jī)軸線方向發(fā)生的低頻率（每秒十幾次）高振幅的一種氣流振蕩現(xiàn)象，它對(duì)壓氣機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)的工作有嚴(yán)重威脅，喘振的外部現(xiàn)象表現(xiàn)為放炮聲，音調(diào)低沉，出現(xiàn)強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)。

喘振產(chǎn)生的根本原因是由于攻角過大，使氣流在葉背處發(fā)生分離而且這種氣流分離嚴(yán)重?cái)U(kuò)展至整個(gè)葉柵通道。

發(fā)動(dòng)機(jī)喘振會(huì)引起排氣溫度升高、燃燒不穩(wěn)定、壓氣機(jī)工作不穩(wěn)定等現(xiàn)象。如發(fā)生喘振，應(yīng)使發(fā)動(dòng)機(jī)立即退出喘振狀態(tài)，否則可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。為防止喘振，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有防喘和消喘兩個(gè)系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)通常采取的防喘措施主要有四種：可變進(jìn)口通道面積、壓氣機(jī)中間級(jí)放氣、可調(diào)導(dǎo)向葉片和整流葉片、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子。

（1）可變進(jìn)口通道面積：進(jìn)氣道構(gòu)造上設(shè)有可調(diào)斜板來調(diào)節(jié)進(jìn)口面積。

（2）壓氣機(jī)中間級(jí)放氣：通過改變流量來改變工作葉輪進(jìn)口處的絕對(duì)速度的大小，從而改變其相對(duì)速度的大小和方向，改變攻角，達(dá)到防喘的目的（對(duì)于增壓比在10以上的多級(jí)壓氣機(jī)，防喘效果不明顯）。

（3）可調(diào)導(dǎo)向器葉片和整流葉片：按照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣總溫的變化，調(diào)整進(jìn)氣氣流的方向，使進(jìn)氣迎角始終與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。

（4）雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子：通過改變轉(zhuǎn)速，即改變壓氣機(jī)動(dòng)葉的切線速度的辦法來改變工作葉輪進(jìn)口處的相對(duì)速度的方向，以減小攻角， 達(dá)到防喘的目的，或者說是通過改變轉(zhuǎn)速的辦法來改變流量系數(shù)使其接近設(shè)計(jì)值，達(dá)到防喘的目的。

某型發(fā)動(dòng)機(jī)采用的防喘振措施有：1）進(jìn)氣道構(gòu)造上設(shè)有可調(diào)斜板來調(diào)節(jié)進(jìn)口面積；2）采用雙轉(zhuǎn)子（目的是當(dāng)進(jìn)氣量減少或轉(zhuǎn)速下降時(shí)，壓氣機(jī)前幾級(jí)壓氣機(jī)葉片攻角增大，負(fù)荷變重；隨著氣流迎角逐級(jí)減小，負(fù)荷變輕。由于高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以不同，低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)荷變重而增大，高壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)荷變輕而減?。?；3）可調(diào)的壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片（目的是按照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣總溫的變化，調(diào)整進(jìn)氣氣流的方向，使進(jìn)氣迎角始終與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作范圍）；4）在低壓壓氣機(jī)第四級(jí)機(jī)匣設(shè)置處理機(jī)匣（目的是減小葉片葉尖附近的迎角）。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)原理

某型發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)的功用是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供油量和幾何通道，使發(fā)動(dòng)機(jī)退出喘振狀態(tài)。采取的具體措施是減少進(jìn)氣量，短時(shí)間切油，放大噴口（消除前擁后堵），同時(shí)接通遭遇起動(dòng)，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)原穩(wěn)定狀態(tài)。

1 消喘系統(tǒng)組成

某型發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)組成包括發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器中的防喘保護(hù)裝置、空氣壓力受感部、喘振信號(hào)器、主泵調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)им 3、發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)器、噴口調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)им4。如圖1所示：

2 消喘系統(tǒng)工作原理

喘振信號(hào)器將感受到的空氣壓力變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器，綜合調(diào)節(jié)器根據(jù)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N2，向發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)載記錄系統(tǒng)發(fā)出消喘信號(hào)。出現(xiàn)喘振信號(hào)的情況有兩種：一是發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道發(fā)生喘振或有喘振趨勢(shì)，喘振信號(hào)器向綜合調(diào)節(jié)器發(fā)出電壓信號(hào)；二是喘振信號(hào)器電路出現(xiàn)故障，發(fā)出“喘振”的虛假信號(hào)。

發(fā)動(dòng)機(jī)防喘系統(tǒng)的功用是當(dāng)放射導(dǎo)彈（出現(xiàn)“K2”指令信號(hào)）時(shí)，為了預(yù)防導(dǎo)彈尾氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，放下進(jìn)氣道斜板，減少發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量。發(fā)動(dòng)機(jī)加力狀態(tài)時(shí)進(jìn)行加力遭遇起動(dòng)，減少低壓和高壓壓氣機(jī)的進(jìn)氣量，放大噴口以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定裕度。消喘系統(tǒng)的功用是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生喘振（出現(xiàn)“K1”指令信號(hào)）時(shí)，通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供油量和幾何通道，使發(fā)動(dòng)機(jī)退出喘振狀態(tài)。采取的具體措施是減少進(jìn)氣量，短時(shí)間切油，放大噴口（消除前擁后堵），接通遭遇起動(dòng)，恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)原穩(wěn)定狀態(tài)。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)（PHA、им4、им3）的協(xié)動(dòng)過程如下：

（1）PHA接到K1（或K2）信號(hào)后，經(jīng)過調(diào)整電阻，程序生成器輸出偏差信號(hào)，在經(jīng)過校正裝置和脈寬調(diào)制器生成與偏差信號(hào)成比例的占空比S8，經(jīng)過功率放大器傳輸至主泵調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)им8，減小進(jìn)氣量。

（2）им4：若加力狀態(tài)下出現(xiàn)喘振信號(hào)K1時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)重調(diào)到最小加力狀態(tài)，并增大加力狀態(tài)下的πT調(diào)整值；最大狀態(tài)下增大加力狀態(tài)下的πT調(diào)整值。

（3）им3：電磁活門通電時(shí)間較喘振信號(hào)長0.2秒，主泵調(diào)節(jié)器的定量活門處于最小供油量位置；燃油分配器停止向燃燒室供油；高低壓導(dǎo)流葉片向減小發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量方向偏轉(zhuǎn)；噴口臨界面積調(diào)大。

4 結(jié)語

航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振是嚴(yán)重威脅發(fā)動(dòng)機(jī)工作和飛行安全的因素，無論發(fā)動(dòng)機(jī)工作在什么狀態(tài)下都應(yīng)避開喘振區(qū)。防喘系統(tǒng)提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的喘振裕度，發(fā)生喘振時(shí)消喘系統(tǒng)投入工作可以有效保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。

［1］廉筱純.《航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理》.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.