涡扇发动机飞行中的喘振故障分析

介绍了涡扇发动机在飞行试验中出现的一次高空喘振故障,分析了故障现象。采用排除法逐一对比了进气道前方来流条件、燃烧室供油,以及从进气道喉道面积、高低压压气机前导向叶片直至尾喷口喉道的一系列流道可调机构的工作过程,分离出了最可能的致喘因素。分析结果表明,转速下降过程中高压压气机前导向叶片偏度过大而对上游来流形成的堵塞,是引起喘振的主要原因。最后分析了该发动机所执行的消喘程序,及其未能使发动机退出此次喘振状态的原因,并提出改进建议。

带辅助进气的二元超声速进气道低速特性

通过飞行试验,研究了带辅助进气门的二元超声速进气道在亚声速低马赫数飞行时的内部流场分布及进气畸变等特点。结果表明,辅助进气流与进气道内主流掺混会在进气道内辅助进气门下游区域产生低总压区,引起畸变增加、总压恢复下降,并且进气量及引起的畸变随发动机转速的增大而增大,随马赫数的增加而减小,随飞行高度的变化则无显著差异;同时,侧滑角向左及向右增大时辅助进气产生的低压区范围以及进气畸变也会增大,而迎角变化时进气畸变及总压恢复变化不明显。另外,通过分析各试验点进气道出口低总压区的变化与流量系数的关联,确定了该型进气道辅助进气门打开及关闭状态对应的工作范围。

进气角度对蚌式进气道与发动机相容性的影响

通过飞行试验研究了蚌式进气道在不同飞行条件下的内部流场特点。研究表明,当飞机迎角增大时,鼓包表面对前机身来流附面层的吹除效果增强,同时鼓包后方由于流道弯曲产生的流动分离得到抑制,使得发动机稳定工作裕度提高;而侧滑会导致鼓包左右两侧附面层吹除效果出现显著差异,从而使得下游进气道内流体顺着从鼓包迎风侧指向背风侧的方向偏转,进而对发动机稳定裕度产生影响。

用四面体涡发生器研究进气道旋流畸变

对涡是航空发动机S型进气道中最常见的畸变形式。数值模拟了利用具有垂直前缘的四面体型涡发生器在风洞中产生的对涡旋流畸变,结果表明,此涡发生器可以在风洞中产生一对分布对称、彼此对转的涡流,并且在风洞中造成的流量损失极小,可以忽略不计。与无对涡时的情况相比,风洞中越向后部对涡造成的总压损失越大。而在相同截面上当来流约为1.6 Ma时总压损失最大,在低亚音速以及较高超音速来流条件下的总压损失相对较小。

采用排除法分析航空发动机喘振故障

分析了航空发动机在飞行中出现的一次喘振故障现象及其所执行的消喘程序。采用排除法,依次比较了喘振发生时发动机本体各部分的工作过程以及进排气条件,筛选出了可能的致喘因素。结果表明,超音速飞行过程中,进气道喉道剧烈的放大动作引起的发动机进气扰动以及被试发动机个体较小的稳定工作裕度共同造成了此次喘振故障。另外,提出了相应的改善措施。

梯形沟槽表面对旋成体绕流的影响

采用数值方法模拟了在不同攻角下,梯形微沟槽表面分布在细长旋成体表面不同位置对旋成体附面层流场的影响,并研究了相应情况下旋成体升力阻力的变化情况。结果表明,表面微沟槽结构能有效减小旋成体附近流场低总压区域,从而达到减小飞行阻力并增大升力的效果。而旋成体表面全为沟槽表面并不是最好的减阻方案,仅仅是后1/3表面为沟槽表面时对总阻力的降低效果最明显,而前、后1/3表面同时为沟槽面的方案可以最大程度地降低旋成体黏性摩擦阻力。

氢气泡流场显示技术及应用

介绍氢气泡流场显示技术原理以及试验用水槽及水洞等设备。通过试验,验证了此类试验中所用到的示踪粒子生成、照明等技术,并分析了相应的适用试验类型,然后介绍了该技术在旋成体附面层控制、压气机叶栅流场研究以及活塞发动机冷却腔体流场研究方面的应用。实践表明,该技术不仅可以直观地观察流场分布情况,并能定量得到流场中的速度分布信息。

进气道/发动机相容性评价体系的完善与发展

回顾了进气道/发动机相容性评价体系的历史发展,概括了该领域的国内外研究现状,对国内以后的工作给出了建议。在分析技术发展的基础上,指出了未来先进进气道和发动机将会带来的新问题。为解决进气道/发动机相容性领域内新的挑战,提出:应将旋流畸变和耐久性畸变试验纳入进气道/发动机相容性评价体系;发展具有瞬态畸变模拟能力的畸变发生器;充分利用地面试车台和空中试车台进行各种畸变的模拟以对发动机进行全面的稳定性评定;在飞行试验中深入研究进气畸变条件下发动机性能以及工作稳定性的变化。

基于IIR型滤波进气动态畸变飞行试验研究

开发集IIR型数字滤波器设计、滤波、紊流度计算为一体进气动态畸变数据处理工具,成功地应用于进气道/发动机相容性飞行试验中评定进气动态畸变。研究表明：1基于幅频特性考虑,采用巴特沃斯法对进气道动态压力滤波,紊流度计算结果比较准确;2滤波器阶数越高,平均紊流度计算结果越准确,建议选择4~6阶;截止频率越高,平均紊流度计算结果越大,截止频率过大或过小均不适宜,应根据实际采样率、发动机扰动频率等综合考虑选取;3飞行速度增大或发动机状态增大,导致进气道出口马赫数和紊流度增大,进气动态畸变程度严重,且呈现出一定的规律性。当飞行速度与发动机状态不匹配时,进气动态畸变会突增。

S弯进气道旋流畸变数值模拟及特性分析

利用FLUENT软件对S弯进气道旋流畸变进行数值模拟,通过分别对不同攻角、侧滑角飞行状态下的进气道沿程及出口流场进行分析,展现了旋流畸变的产生机理和发展过程。引入旋流评价指标,对旋流畸变进行评定,并与总压畸变评价体系进行对比和分析。研究表明:该S弯进气道出口固有的对涡旋流结构不随攻角变化,但旋流强度随攻角的增大略有减弱;在侧滑状态下,该S弯进气道出口对涡旋流消失,旋流以整体涡出现且强度较大;传统的总压畸变指数无法描述旋流,引入的旋流评价指标能较为准确、直观地评定旋流畸变强度和流场结构。

进气道AIP面测压装置加装方案研究

针对进气道/发动机相容性试飞中AIP上测量装置加装而引起过渡段变形问题,建立了过渡段径向形状变化评价指标并应用于工程计算,对比分析了过渡段上开孔、加装静压座、总压测量耙加装对过渡段径向尺寸的影响。结果表明:过渡段AIP面上加装测压装置使得过渡段径向尺寸偏离设计值及标准圆;焊接静压座会使过渡段径向尺寸发生较为明显变形,而铆接静压座则影响相对较小;总压测量耙采用两端约束的方案不会对过渡段径向尺寸造成较为严重的影响,但会有效地抑制测量耙的振动幅值。该结果已经应用于工程中,优化了测压装置加装方案。

某型民用飞机动力操纵及供油规律的试验研究

通过对某型发动机动力装置相关系统飞行试验数据的统计,初步总结了该型飞机动力装置的部分操纵及供油规律。研究发现,当在不同高度上等速爬升及平飞时,油门杆操纵及相应的速度、燃油流量具有不同的变化趋势;当进行等马赫数爬升时,相应的油门杆操纵及燃油流量变化趋势则彼此接近;燃油流量与高压压气机后压力之比主要随油门杆操纵的变化而变化,受高压压气后总温的影响比较小。

涡扇发动机空中减速过程转速预测

以某型涡扇发动机为研究对象,对其空中减速的试验数据进行深度挖掘,分析了减速过程中低压和高压转速的变化规律,得到该型发动机空中减速过程中转速的预测关系式,并对预测结果进行验证。结果表明,通过预测关系式计算所得结果与飞行试验数据吻合良好,可用作该型发动机空中减速过程的转速预测。

两型超声速进气道平飞减速时的稳定性

通过飞行试验,研究了一种二元斜板式及蚌式超声速进气道在马赫数1.5快收发动机油门平飞减速至马赫数为1.05过程中的畸变及稳定性水平。对比表明:减速过程中二元进气道总压畸变、稳定性裕度均随发动机换算转速的下降减小后保持稳定,而蚌式进气道畸变先上升再下降后保持稳定,稳定性裕度先下降再略微上升后保持稳定。减速过程前半段,蚌式进气道畸变更大,二元进气道稳定性裕度下降更快;减速过程后半段,两型进气道畸变水平接近,稳定性裕度均较低。分析也表明,仅使用流量系数的相对差值计算的进气道稳定裕度反映的进气道流通能力信息比使用总压恢复系数与流量系数之比的相对差值更全面,推荐采用前者作为进气道稳定性裕度评价指标。

无隔道超声速进气道附面层排除特性飞行试验研究

为了分析评估歼击机无隔道进气道附面层的排除特性,设计搭建鼓包表面附面层压力梯度测量试验系统,进行了不同飞行高度、马赫数和姿态角等工况下的飞行试验。通过对飞行试验数据的整理、计算和对比分析同型号的缩比模型风洞试验结果,研究了无隔道进气道鼓包表面附面层排除特性。研究结果表明:稳定平飞时,在亚声速范围内,随着飞行高度的增加,鼓包构型对附面层的排除效果增大,而在超声速范围内,变化规律相反;在接近马赫数1.8及以上飞行工况下,鼓包表面附面层的扫除能力有所减弱,附面层气流分离加速,进而会造成较大的进气压力损失和畸变。单纯迎角飞行有利于增强附面层的排除能力;而带侧滑角飞行时,附面层压力系数曲线的拐点沿鼓包中心线平行向"背风面"偏移,偏移量与侧滑角成正比,进气道鼓包表面"迎风面"附面层排除能力增大,而"背风面"受气流分离影响而减弱。

基于适航标准的民用涡扇发动机空中起动飞行试验

为了准确评估民用涡扇发动机空中起动试验性能与适航标准体系的符合性,在分析、解读中国民用航空局运输类飞机适航标准和美国联邦航空管理局咨询通告的基础上,制定了民用涡扇发动机空中起动飞行试验方案,以ARJ21-700型支线飞机配装的CF34-10A涡扇发动机合格审定试飞为平台,国内首次进行了相关试飞技术研究及飞行试验。试验结果表明:该空中起动飞行试验方案合理可行,能够完整、全面地验证民用涡扇发动机对适航标准体系的符合性。发动机最高起动边界为22500ft,起动高度指标设计合理,起动功能正常、可靠,满足适航标准要求。飞机待机状态双发失效后至起动成功高度损失为1457 ft,远小于适航标准规定的5000 ft指标。项目形成的试飞方案及积累的试飞经验为后续C919,C929等民用客机及其配装发动机的适航审定提供直接技术支持。

运输类飞机动力装置溅水试验技术

基于对中国民用航空局(CAAC)运输类飞机适航标准和美国联邦航空管理局(FAA)咨询通告的分析、解读,分别从工程试验与适航验证两个方面,研究了溅水试验程序、试验水池方案设计与滑行速度测量与控制技术,制定了符合适航标准体系的运输类飞机动力装置溅水试验审定程序,以ARJ21-700型支线飞机合格审定试飞为平台,完整进行了相关试验验证。结果表明:所设计的溅水试验程序合理可行,能够完整地验证运输类飞机在机场跑道积水环境下动力装置对适航标准体系的符合性;试飞结果表明CF34-10A发动机配装ARJ21-700型飞机在机场积水环境下起飞构型临界滑行速度为166.6 km/h,发动机风扇、压气机及动力涡轮前温度最大波动值分别为5.1%、1.7%和39℃;在飞机着陆构型下,发动机慢车状态相对于最大反推力状态工作稳定性较好,能够满足适航标准规定;项目形成溅水试验程序和技术为后续C919、C929等运输类飞机动力装置相关试验提供了直接的支持。