1、航空发动机喘振问题分析【摘 要】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，通过对航空发动机喘振故障的监控与分析，大大提高了喘振故障的排除效率，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】发动机；喘振；气流分离；故障机理；监控 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：发动机推力大，重量轻；发动机燃油消耗率低；发动机应具有良好的高空性能和速度性能；发动机结构尺寸要小；发动机可靠性要好；发动机的环境污染要小。这些性能
2、都是发动机最基本的性能，但飞机在飞行中，由于气象条件的各种影响以及发动机本身的不稳定工作造成了发动机的非正常工作，本文介绍的喘振就是发动机不稳定工作的形式之一。 一、喘振的基本概念 喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的振荡现象。它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。 二、喘振故障机理分析 涡轮发动机发生喘振的原因可以用气流分离的形成和发展理论来说明。下面依情况来分析。当流量系数过小时（小于设计值） ，压气机叶片进口的冲角为正值，气流冲向叶片的凹面，而在叶片的凸面产生涡流，出现气流分离现象。由于气流具有惯性，紧贴在叶片的凹面，而在凸面产生强烈
3、的涡流并迅速发展，同时，在叶栅前后产生压力差，在叶栅和通道前后压力差的作用下，就会造成气流流动、分离、中断，而后再流动、再分离、再中断，周而复始的脉动现象，甚至气流还可能逆向冲出压气机，引起发动机喘振。 三、喘振故障监控 从理论上分析，能及时反映出发动机失速或喘振状态的参数很多，如压气机进、出口压力，空气流量，转速，排气温度，振动以及噪声等等。但是，这些参数能符合所在机型的只有发动机转速和排气温度。这都是发动机上的现有的基本设备，因而既可靠，又及时。发动机由稳定状态刚刚进入喘振的瞬间具有以下特点：压气机出口处的高压气体有倒流回冲趋势，骤然间使增压比、空气流量突降，压气机效率猛跌，涡轮效率锐减，
4、发动机转子转速以很大的速率下降；而涡轮前、后燃气温度以很大速率上升。通过掌握发动机喘振的固有特点，采用阈值判断的方法可对该故障进行在线监控，即将转速、排气温度信息数据实时输入相应软件中与正常情况下的数据相对比，若有异常现象，例如若在某个点或某段时间出现大于或小于该阈值的数据点，则表明喘振故障发生。 四、喘振预防措施 （1）通过改进发动机结构设计以预防喘振。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。发动机进气道内表面处理。采用进气道内表面开直槽或斜
5、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。实验表明，经此处理可使发动机喘振裕度从 8%增加到17%。 （2）通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生。发动机喘振控制系统由信号、控制、执行三部分组成。当喘振将要发生时，由探测元件把信号传给控制系统，由控制系统分析后，控制执行系统动作，从而避免喘振的发生。喘振控制系统常用以下几种方法防止喘振：压气机中间级放气。可旋转导向叶片。控制供油规律。可以改变发动机的状态，从而使发动机退出喘振区域。使用发动机过程中，应注意以下几点：（1）操纵
6、油门的动作要柔和，不能过猛；（2）注意协调杆、舵的操纵量，避免侧滑，防止进气道内气流分离以提高进气道效率，避免喘振；（3）一旦发生喘振，应缓慢地收油门，直至油门位置与转速相适应或喘振消除时为止；（4）密切注意喘振时的排气温度，必要时应收小油门，防止超温；（5）减小飞机迎角，增大飞行速度可有助于消除喘振；（6）如发动机装有空中点火装置，在喘振时应将电门放在连续点火位置，减少空中熄火的可能性。 综上所述，通过改进发动机结构设计、设计防喘控制系统的方法可以预防和控制喘振的发生；正确的操作和精心的维护也能够避免喘振的发生。利用以上方法，可望从根本上解决喘振这一严重影响发动机性能、阻碍发动机发展的难题，同时，飞行员应熟悉压气机喘振的现象，危害，引起喘振的条件，掌握飞行使用中防止喘振的措施，确保飞行安全。 参 考 文 献 1燕洪文.对 JT8D2217A 发动机喘振的探讨J.民航经济与技术.1995，11（167）：44，45 2赵廷渝.航空燃气涡轮动力装置.中国民航飞行学院.1998：12
