1、大涵道比涡扇发动机流路损失对整机性能的影响研究摘 要从大涵道比涡扇发动机整机试验数据分析角度出发，理论分析了大涵道比涡扇发动机进气道总压恢复系数变化、内涵中介机匣总压恢复系数变化、外涵总压恢复系数变化、燃烧室总压恢复系数变化、低压涡轮出口总压恢复系数变化对发动机整机性能的影响，采用大涵道比涡扇发动机稳态性能计算程序，开展了总体性能参数及压缩部件稳定工作裕度的影响分析，在此基础上进行了归纳总结，为发动机整机试验数据分析提供指导。 关键词大涵道比；涡扇发动机；流路损失；总体性能；裕度 中图分类号：V235.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0191-04 Infl
2、uence of Low Resistance Loss on High Bypass Ratio Engine Overall Performance PENG Zhenyu，SONG Xingchao （No.2 Department of Overall Design of Aircraft， AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute， Shenyang 110015， China） AbstractThe research studied the influence caused by the variation of tot
3、al-pressure recovery coefficient of inlet， inner intermediate case， bypass， combustion and low-pressure turbine outlet and illuminated the changes of high bypass ratio engine overall performance and compressor components margin in theory with a program. Key wordshigh bypass ratio；turbofan engine；flo
4、w resistance loss；overall performance；margin 引言 大涵道比涡扇发动机完成装配进行整机试验时，发动机的试验结果常与设计值发生偏离，除旋转部件对发动机性能的影响外，流路损失对发动机的性能也有较大影响。为了更好的进行试验数据分析1-3，本文针对大涵道比双转子涡轮风扇发动机，对流路损失进行理论分析，并采用大涵道比涡扇发动机稳态性能计算程序进行计算，各流路损失的计算均以设计值作为基准，与损失增加 3%的数据进行对比，分析进气道、内涵中介机匣、外涵道、燃烧室以及低压涡轮出口总压损失对发动机性能的影响，并对发动机整机试验数据分析提出一些建议。 1 流路损失对发动
5、机性能的影响分析 1.1 进气道总压恢复系数变化对发动机性能的影响 进气道总压恢复系数减小使发动机进口总压减小4，内、外涵流道各截面总压均减小，相当于缩小了内、外涵喷口喉道面积5-6。外涵通流能力下降，保持低压换算转速不变（大涵道比涡扇发动机一般按照等低压换算转速控制，以下分析中均保证低压转子换算转速不变） ，风扇外涵工作线向喘振边界移动，裕度降低；对内涵而言，低压涡轮膨胀比减小，使低压涡轮功减小，低压转子转速有下降趋势，为保持低压换算转速不变，需提高燃烧室出口温度，高压涡轮功随之增加，高压换算转速增大，转差变大，使内涵通流能力增强，增压级工作线远离喘振边界，裕度升高；进气道总压恢复系数变化对
6、高压压气机特性无影响。 使用大涵道比涡扇发动机稳态性能程序进行计算分析，进气道总压恢复系数减小 3%后，风扇外涵、增压级、高压压气机工作线变化情况如图 1图 3 所示。由图中曲线可知，进气道总压恢复系数减小后，风扇外涵工作线靠近喘振边界，裕度降低；增压级工作线远离喘振边界，裕度升高；高压压气机工作线基本没有影响。 为了对比性能参数的变化量，计算低压相对换算转速为 90%（起飞状态的性能）时的性能参数。由表 1 可知，进气道总压恢复系数减小 3%后，转差变大；推力、耗油率及风扇外涵裕度变化较大，均向性能较差的方向变化；燃烧室出口温度降低，增压级裕度升高，远离喘振边界；高压压气机裕度基本无影响。
7、1.2 内涵中介机匣总压恢复系数变化对发动机性能的影响 内涵中介机匣总压恢复系数减小相当于关小增压级后的节流阀，增压级流通能力下降，保持低压换算转速不变，增压级工作线靠近喘振边界，裕度降低；内涵中介机匣总压恢复系数变化对风扇外涵及高压压气机工作线基本无影响。 使用大涵道比涡扇发动机稳态性能程序进行计算分析，内涵中介机匣总压恢复系数减小 3%后，风扇外涵、增压级、高压压气机工作线变化情况如图 4图 6 所示。由图中曲线可知，内涵中介机匣总压恢复系数减小后，增压级工作线靠近喘振边界，裕度下降；对风扇外涵及高压压气机工作线基本没有影响。 计算低压相对换算转速为 90%（起飞状态的性能）时的性能参数。
8、由表 2 可知，内涵中介机匣总压恢复系数减小 3%后，转差变大；燃烧室出口温度、增压级稳定工作裕度变化较大，均向性能较差的方向变化，对性能影响较为明显，其它参数影响量较小。 1.3 外涵总压恢复系数变化对发动机性能的影响 外涵总压恢复系数减小相当于缩小外涵喷口喉道面积7-8，使风扇外涵流通能力下降，压比升高，保持低压换算转速不变，风扇外涵工作线靠近喘振边界。风扇外涵流量降低，做功能力下降，同时由于压比升高，做功能力增强，一般情况下，压比对外涵做功能力影响量较大，因此风扇外涵需要的功增加，此时低压涡轮做功能力不足，需要提高燃烧室出口温度来实现，高压涡轮功增加，高压转子转速升高，转差变大，在低压转
9、速不变的情况下，内涵流量流通能力增强，增压级工作线远离喘振边界，外涵总压恢复系数变化对高压压气机工作线无影响。 计算低压相对换算转速为 90%（起飞状态的性能）时的性能参数。由表 3 可知，外涵总压恢复系数减小 3%后，推力、耗油率、燃烧室出口温度、风扇外涵裕度变化较大，均向性能较差的方向变化，对其它参数影响量较小。 1.4 燃烧室总压恢复系数变化对发动机性能的影响 燃烧室总压恢复系数减小使高压涡轮进口总压减小9，对内涵而言，相当于关小高压压气机后的节流阀，内涵通流能力下降，保持低压转速不变，增压级工作线向喘振边界移动；高压部件共同工作线上移，高压压气机喘振裕度降低；对外涵工作线基本无影响。 计算低压相对换算转速为 90%（起飞状态的性能）时的性能参数。由表 4 可知，燃烧室总压恢复系数减小 3%后，燃烧室出口温度、增压级裕度、高压压气机裕度变化较大，均向性能较差的方向变化，对其它参数影响量较小。 1.5 低压涡轮出口总压恢复系数变化对发动机性能的影响 低压涡轮出口总压恢复系数减小相当于缩小内涵喷口喉道面积，低压涡轮膨胀比减小，低压涡轮功减小，低压转子换算转速有下降趋势，保持低压转速不变，需提高燃烧室出口温度，此时高压涡轮功增加，高压换算转子转速增大，内涵通流能力增强，增压级工作线远离喘振边界，对风扇外涵、高压压气机工作线基本没有影响。
