康 飛

喘振是危害渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的重要因素，它的產(chǎn)生會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)處于不穩(wěn)定工作狀態(tài)。喘振發(fā)生伴隨的低頻振蕩破壞力極大，甚者導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)遭受破壞，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)使用中應(yīng)極力避免。

經(jīng)驗(yàn)表明渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)部件試驗(yàn)條件與實(shí)際整機(jī)工作環(huán)境存在一定差異，兩者的實(shí)際特性并不一致。而取得整機(jī)環(huán)境下的真實(shí)喘振裕度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)研制中的匹配工作具有重要意義。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振裕度基本公式[1]：

式中：ΔSM——穩(wěn)定裕度

π——壓氣機(jī)增壓比

s——喘振邊界狀態(tài)

ac——發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)

Wa,cor——發(fā)動(dòng)機(jī)換算流量

要取得整機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的喘振裕度需首先確認(rèn)整機(jī)的喘振邊界值，故需進(jìn)行逼喘操作以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作于喘振臨界點(diǎn)附近以便錄得計(jì)算所需數(shù)據(jù)。

目前，整機(jī)上進(jìn)行逼喘通常做法為往直升機(jī)引氣接口（壓氣機(jī)出口位置）通入高壓氣體以使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生喘振。該方法使用的高壓氣體通常由高壓氣瓶提供，通過(guò)安裝于高壓氣瓶與發(fā)動(dòng)機(jī)間氣管上的節(jié)流閥控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)后的壓力。該方案由于配備的氣源能力有限（高壓氣瓶容量限制）導(dǎo)致一次試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間短，發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)未穩(wěn)定。又由于壓氣機(jī)出口截面周向引入高壓氣體的接口有限導(dǎo)致壓氣機(jī)出口截面壓力均勻性較差，這些對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性都有一定的影響。

本文介紹的方法為使用氣動(dòng)尾噴管進(jìn)行逼喘試驗(yàn)，該方法所用氣動(dòng)尾噴管、高壓氣源及控制系統(tǒng)均為試車(chē)臺(tái)固有設(shè)備，高壓氣源由研究所管網(wǎng)集中供應(yīng)，氣源持久且穩(wěn)定性好。

1 結(jié)構(gòu)與原理

傳統(tǒng)逼喘方法常規(guī)做法如圖1 所示。即由發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)出口截面周向引氣孔引入高壓空氣，以提高壓氣機(jī)后壓力從而使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)。

圖1 壓氣機(jī)后逼喘法

氣動(dòng)尾噴管逼喘法為在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪出口安裝氣動(dòng)尾噴管。由氣動(dòng)尾噴管引入越來(lái)越多的高壓氣體，根據(jù)臨界狀態(tài)下固定面積的尾噴口無(wú)法流過(guò)更多氣體的原理[1]，降低渦輪功率減少發(fā)動(dòng)機(jī)流量繼而引起發(fā)動(dòng)機(jī)喘振。該方法實(shí)施原理如圖2 所示。

圖2 氣動(dòng)尾噴管逼喘法

2 氣動(dòng)尾噴管逼喘方法及分析

氣動(dòng)尾噴管逼喘方法首先要求發(fā)動(dòng)機(jī)處于預(yù)設(shè)狀態(tài)，然后緩慢打開(kāi)氣源供氣閥不斷加大給尾噴管供氣的流量，待氣動(dòng)尾噴管出口氣流處于臨界狀態(tài)后繼續(xù)增大氣動(dòng)尾噴管供氣流量使得發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法吸入足夠的空氣從而在發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)內(nèi)出現(xiàn)反復(fù)震蕩的氣流的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)伴隨出現(xiàn)低頻大振幅的沉悶的異響，以上現(xiàn)象即表明發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)。一旦確認(rèn)喘振現(xiàn)象出現(xiàn)后為確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全應(yīng)立即切斷氣動(dòng)尾噴管高壓氣體供給并同時(shí)減小發(fā)動(dòng)機(jī)供油。發(fā)動(dòng)機(jī)退喘并進(jìn)入安全工作狀態(tài)后即認(rèn)為逼喘操作結(jié)束。操作流程如圖3 所示。

某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)使用氣動(dòng)式尾噴管對(duì)其高低兩個(gè)狀態(tài)進(jìn)行了喘振點(diǎn)測(cè)試。該次發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)均成功實(shí)現(xiàn)了逼喘操作。試驗(yàn)最大壓縮氣體消耗量如表1 所示。

圖3 逼喘操作流程圖

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作曲線(xiàn)

表1 氣動(dòng)尾噴管逼喘法

該次試驗(yàn)實(shí)際測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作線(xiàn)如圖4 所示。

該次試驗(yàn)試車(chē)臺(tái)供給氣動(dòng)尾噴管的高壓氣體壓力（表壓）與流量變化曲線(xiàn)如圖5、6 所示。

該次試驗(yàn)試車(chē)臺(tái)供給氣動(dòng)尾噴管的高壓氣體流量與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量曲線(xiàn)如圖7、8 所示。

圖5 供氣壓力與流量變化曲線(xiàn)（低狀態(tài)）

圖6 供氣壓力與流量變化曲線(xiàn)（高狀態(tài)）

圖7 供氣流量與發(fā)動(dòng)機(jī)流量曲線(xiàn)（低狀態(tài)）

圖8 供氣流量與發(fā)動(dòng)機(jī)流量曲線(xiàn)（高狀態(tài)）

由圖5 與圖6、圖7 與圖8 對(duì)比可見(jiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在高狀態(tài)進(jìn)行逼喘所需供氣流量小于低狀態(tài)下供氣流量即說(shuō)明高狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作線(xiàn)更靠近喘振邊界，這與發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)基本理論也是一致的。

注：圖5 至圖8 中尾噴管供氣流量值來(lái)自供氣管路上設(shè)置的測(cè)壓點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)（總壓P*和靜壓Ps*）經(jīng)以下公式換算而來(lái)。

式中：k——常數(shù)1.4。

A——測(cè)壓點(diǎn)所在管路空腔橫截面積。

q（λ）——流量系數(shù)[2]，由P*和Ps*決定。

T*——供氣總溫（氣源溫度）。

P*——總壓。

R——?dú)怏w常數(shù)287.06

3 結(jié)論

（1）氣動(dòng)尾噴管逼喘方法已在某型號(hào)整機(jī)試驗(yàn)中得到成功應(yīng)用。試驗(yàn)表明該逼喘方法優(yōu)點(diǎn)鮮明，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)逼喘試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間短和發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)出口壓力測(cè)量值可靠性低的不足，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

（2）氣動(dòng)尾噴管逼喘法由于使用集中供氣管網(wǎng)供氣，氣源供給穩(wěn)定且無(wú)時(shí)間限制從發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管處引入高壓氣體使得喘振測(cè)量數(shù)據(jù)具有代表性。

（3）氣動(dòng)式尾噴管逼喘方法存的不足主要是氣動(dòng)尾噴管所需高壓氣體供氣流量需求較大即對(duì)供氣管網(wǎng)供氣能力有一定要求。

綜上所述，使用在渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)上使用氣動(dòng)尾噴管進(jìn)行逼喘試驗(yàn)的方法是可行的。