楊秀深

摘要：近幾年，我國航空技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能成為了社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)本身錯(cuò)綜復(fù)雜，工作狀態(tài)并不是非常穩(wěn)定，因此，為了從根本上維護(hù)飛行過程的安全性，要對(duì)性能進(jìn)行集中的監(jiān)督和管理。本文對(duì)航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并對(duì)航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)組成結(jié)構(gòu)、性能影響因素等展開討論，最后著重闡釋了航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)測(cè)技術(shù)要點(diǎn)，旨在為相關(guān)部門建立評(píng)估提供依據(jù)。

Abstract： In recent years， China's aviation technology has continuously developed and advanced. The performance of aviation turboshaft engines has become the focus of attention of all sectors of society. Because the structure itself is intricate and complex， the working state is not very stable. Therefore， in order to fundamentally maintain the safety of the flight process， it is necessary to conduct centralized supervision and management of performance. This article briefly analyzes the performance monitoring technology of aviation turboshaft engines， and discusses the influencing factors of the composition and performance of aviation turboshaft engines. Finally， it highlights the key points of aviation turboshaft engine performance monitoring technology and aims to provide reference for related departments to establish assessments.

關(guān)鍵詞：航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)；性能監(jiān)測(cè)；技術(shù)

Key words： aviation turboshaft engine；performance monitoring；technology

中圖分類號(hào)：V263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）17-0169-03

1 航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

伴隨著航空事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)較為普遍，為了有效維護(hù)航空安全性，要對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和測(cè)定，從而減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用?；诖?，相關(guān)部門制定了發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行診斷和維護(hù)，主要是對(duì)數(shù)據(jù)管理項(xiàng)目、健康狀態(tài)、故障問題以及發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用年限等方面進(jìn)行分析，能全面展開針對(duì)性的診斷機(jī)制。

1.1 傳統(tǒng)診斷

在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)診斷過程中，主要的方法分為以下五種：

第一，磨損碎片分析，要對(duì)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承、軸部件等磨損產(chǎn)生的碎片顆粒進(jìn)行分析，主要是建立磁性碎屑觀測(cè)工作，能實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估和設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

第二，氣路性能分析，能將發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、壓力以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，利用傳感器技術(shù)予以測(cè)定，能有效預(yù)測(cè)相關(guān)元件的運(yùn)行趨勢(shì)。

第三，外觀檢測(cè)，主要是借助液體滲透、渦流、超聲以及射線等非破壞性內(nèi)外部檢測(cè)，能使用不同管道鏡予以測(cè)定。不僅能實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估，也能借助技術(shù)經(jīng)驗(yàn)獲得分解能力。

第四，振動(dòng)分析，要對(duì)振動(dòng)特性進(jìn)行監(jiān)視，和基準(zhǔn)值進(jìn)行比較分析，利用傳感器予以判定，能實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估。

第五，使用壽命分析，主要是借助蠕變和低周期性疲勞壽命檢測(cè)，應(yīng)用傳感器能實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)。

1.2 新興診斷

伴隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，新興的發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)逐漸凸顯出優(yōu)勢(shì)。一方面，利用靜電學(xué)測(cè)定，主要是監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)不同的區(qū)域，能形成碎片靜電特性管理，無論是進(jìn)氣道碎片監(jiān)視，還是尾噴口碎片監(jiān)視等，都能整合傳感器技術(shù)對(duì)早期故障進(jìn)行預(yù)警管理，從而有效判定故障的嚴(yán)重程度以及級(jí)別，建立健全針對(duì)性的機(jī)械維修管理機(jī)制，借助工作油路傳感器有效監(jiān)視非金屬碎片。另一方面，無線探測(cè)技術(shù)，主要是在燃?xì)鈾C(jī)的預(yù)定位置對(duì)無線信號(hào)進(jìn)行監(jiān)督，利用傳感器技術(shù)吸入碎片或者是故障等級(jí)較為嚴(yán)重的信息，從而分析潛在的振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2 航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)概述

2.1 組成結(jié)構(gòu)

航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)主要是由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)鉁u輪以及動(dòng)力渦輪系統(tǒng)等組成。

在對(duì)不同元件氣動(dòng)熱力參數(shù)進(jìn)行分析的過程中，需要結(jié)合相關(guān)公式進(jìn)行統(tǒng)籌處理。第一，進(jìn)氣道出口參數(shù)為T2=T1，P2=P1σ1，其中，σ1表示的是進(jìn)氣道的整體總壓恢復(fù)具體參數(shù)。第二，壓氣機(jī)所需功為NC=（W2-Wptcool-Wloss）（H3-H2），其中，Wptcool表示的是動(dòng)力渦輪冷卻流量，H3表示的是出口氣體的比焓參數(shù)，H2表示的是進(jìn)口氣體的比焓參數(shù)。第三，發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)為其中，F(xiàn)表示的中推力[1]。

2.2 性能影響因素

在研究相關(guān)性能監(jiān)測(cè)技術(shù)的過程中，要對(duì)影響性能的參數(shù)和相關(guān)因素進(jìn)行分析，確保能建構(gòu)有效的處理和管控機(jī)制，維護(hù)處理機(jī)制的完整性。

第一，總壓比對(duì)性能的影響，對(duì)于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率而言，總壓比一直會(huì)產(chǎn)生影響作用，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率和總壓比之間的比例關(guān)系，總壓比和耗油率形成反比例關(guān)系，總壓比升高反而會(huì)有效減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行成本。但是，較高的總壓比對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)整體設(shè)備處理和運(yùn)行要求也較高?；诖?，目前較為常見的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)并不會(huì)設(shè)計(jì)較高的總壓比。

第二，燃?xì)鉁u輪進(jìn)口溫度，在對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析的過程中，對(duì)航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪進(jìn)口溫度予以判定，能有效改變發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，其基本結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出線性增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。也就是說，溫度低的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率低，就會(huì)增加迎風(fēng)面積，發(fā)動(dòng)機(jī)在不斷增重的情況下，也會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降的問題，主要是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命產(chǎn)生影響，甚至?xí)铀侔l(fā)動(dòng)機(jī)性能退化進(jìn)程，造成安全隱患。

第三，發(fā)動(dòng)機(jī)部件效率也會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能產(chǎn)生影響，除此之外，燃燒室總壓恢復(fù)系數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部部件機(jī)械效率參數(shù)以及進(jìn)氣道與渦輪之間連接管道總壓恢復(fù)系數(shù)等，都是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的相關(guān)參數(shù)，要對(duì)其進(jìn)行集中分析，判定相關(guān)參數(shù)信息。

2.3 穩(wěn)態(tài)模型

要對(duì)燃?xì)鉁u輪進(jìn)口流量、動(dòng)力渦輪進(jìn)口流量、微噴管實(shí)際流量以及燃?xì)鉁u輪軸功率等進(jìn)行全面分析。利用W4-W3-Wf=0、ηJGTNGT-NC-NEX=0等對(duì)相關(guān)參數(shù)予以分析和判定，從而建立穩(wěn)態(tài)工作方程。另外，要利用穩(wěn)態(tài)仿真流程圖（圖2）進(jìn)行系統(tǒng)分析，能在維持仿真精度的同時(shí)，對(duì)不同穩(wěn)態(tài)模型的參數(shù)予以關(guān)注。

2.4 動(dòng)態(tài)模型

結(jié)合公式和fi（nc，πc，πGT，πPT）（i=1，2，3）建立多元非線性代數(shù)方程，對(duì)相關(guān)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行分析。結(jié)合健康管理的角度對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分析，則能結(jié)合實(shí)際工作發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和性能需求進(jìn)行輸出數(shù)值的分析和判定，建立精確有效的處理工作措施，從系統(tǒng)和控制的可靠性出發(fā)，結(jié)合框架分析工作狀態(tài)和健康參數(shù)[2]。

3 航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)測(cè)流程

3.1 渦輪監(jiān)測(cè)

在對(duì)渦輪進(jìn)行集中監(jiān)督和管理的過程中，要對(duì)渦輪的退化進(jìn)行集中分析，其退化主要體現(xiàn)在導(dǎo)向器出現(xiàn)了泄漏問題以及葉尖間隙逐漸增大等問題，結(jié)合相關(guān)現(xiàn)象分析能有效預(yù)測(cè)出渦輪性能的退化問題，并且結(jié)合實(shí)際情況建構(gòu)完整的處理機(jī)制和管控措施。另外，在對(duì)其性能退化結(jié)構(gòu)予以全面整合的同時(shí)，也能了解造成退化的原因，主要是積垢導(dǎo)致的腐蝕問題，灰塵沒有及時(shí)清除或者是燃燒物出現(xiàn)了堆積，就會(huì)對(duì)性能造成嚴(yán)重的影響?；诖?，相關(guān)監(jiān)督人員就要對(duì)其進(jìn)行集中分析，針對(duì)可能存在的問題予以監(jiān)督和管控，確保相關(guān)問題能得到有效解決，以保證監(jiān)督效果能為設(shè)備后續(xù)工作提供保障。

3.2 壓氣機(jī)監(jiān)測(cè)

在實(shí)際應(yīng)用過程中，造成壓氣機(jī)出現(xiàn)性能退化的主要因素和渦輪結(jié)構(gòu)較為相似，由于葉片型面出現(xiàn)變化，加之灰塵的堆積也會(huì)造成機(jī)匣出現(xiàn)偏離問題。若是此時(shí)燃油流路逐漸減少，對(duì)壓氣機(jī)的效率也會(huì)產(chǎn)生制約，效率不足就會(huì)對(duì)整體運(yùn)行質(zhì)量形成惡劣的影響。需要注意的是，砂石之間的摩擦和海水蒸汽都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)向器受到制約，整體質(zhì)量參數(shù)不能滿足實(shí)際需求，也會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行造成制約。因此，為了有效避免壓氣機(jī)葉片出現(xiàn)松動(dòng)，維護(hù)流路的處理和運(yùn)行效果，要從根本上維護(hù)其實(shí)際運(yùn)行效率，就要對(duì)可能造成系統(tǒng)故障的問題進(jìn)行逐一排查和綜合性處理。

3.3 燃燒室監(jiān)測(cè)

對(duì)于航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)而言，燃燒室是十分關(guān)鍵的設(shè)備，因此，其若是發(fā)生退化，也會(huì)導(dǎo)致整體運(yùn)行質(zhì)量受到制約。一般而言，燃燒室的退化主要是燃燒程度和燃燒情況的制約，結(jié)合設(shè)計(jì)燃燒室燃燒效率參數(shù)，維護(hù)燃燒效率的基礎(chǔ)上，能減少性能退化產(chǎn)生的問題。需要注意的是，若是經(jīng)過固定的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，能有效控制燃燒室的效率和燃燒情況，然而燃料會(huì)對(duì)其性能形成影響，需要研究人員著重關(guān)注[3]。

4 結(jié)束語

總而言之，航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目運(yùn)行過程中，為了提升其飛行安全性，要對(duì)基礎(chǔ)保障機(jī)制予以全程監(jiān)督和管理，從根本上整合發(fā)動(dòng)機(jī)部件的相關(guān)參數(shù)，尤其是針對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和屬性，展開深度的監(jiān)督和管理，一定程度上維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康和安全，有效減少相關(guān)成本費(fèi)用和維修費(fèi)用，促進(jìn)航空事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李耀華，左洪福，劉鵬鵬，等.某型航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣靜電監(jiān)測(cè)探索性實(shí)驗(yàn)[J].航空學(xué)報(bào)，2015，31（11）：2174-2181.

[2]張浙波.對(duì)航空渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)測(cè)技術(shù)探索[J].科技風(fēng)，2016（09）：29.

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