發動機喘振故障淺析

芮剛

(中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司,遼寧沈陽 110043)

發動機喘振故障淺析

芮剛

(中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司,遼寧沈陽 110043)

喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發生的低頻率(每秒十幾次)高振幅的一種氣流振蕩現象,它對壓氣機及發動機的工作有嚴重威脅,喘振的外部現象表現為放炮聲,音調低沉,出現強烈的機械振動,即“前擁后堵”。出口總壓力脈動的波幅可達喘振點上壓氣機總壓升高的75%,流量和速度也出現大幅度的脈動。本文對發動機發生喘振時的故障現象及發動機防喘、消喘系統的工作原理作出了簡要的闡述和分析。

喘振 防喘 消喘

1 發動機喘振原因分析

發動機設有防喘和消喘兩種機制。防喘系統通過一系列防喘措施使發動機避免進入喘振狀態，提高發動機的穩定工作范圍。消喘系統通過“減少進氣、排氣、切油”等措施使發動機脫離喘振狀態。

安裝在高壓壓氣機第9級整流葉柵通道的喘振信號器將感受到的空氣壓力變化量轉換成相應的電壓信號，輸送給發動機綜合調節器，綜合調節器根據高壓轉子轉速N2，向發動機執行機構機載記錄系統發出消喘信號。如圖1所示。

出現喘振信號的情況有兩種：一是發動機氣流通道發生喘振或有喘振趨勢，喘振信號器向綜合調節器發出電壓信號；二是喘振信號器電路出現故障，發出“喘振”的虛假信號。本文僅討論發動機確實發生喘振的情況。

2 發動機的防喘措施

設計發動機時通常采用以下方法防止喘振：①壓氣機中間級放氣(對于增壓比在10以上的多級壓氣機，防喘效果不明顯)；②可轉動的進口導流葉片和整流器葉片；③可變進口通道面積；④雙軸(雙轉子)壓氣機。

3 消喘、防喘系統組成及工作原理

消喘系統的功用是當發動機發生喘振(出現“K1”指令信號)時，通過控制發動機燃油供油量和幾何通道，使發動機退出喘振狀態。采取的具體措施是減少進氣量，短時間切油，放大噴口(消除前擁后堵)，接通遭遇起動，恢復發動機原穩定狀態。防喘系統的功用是當發射導彈(出現“K2”指令信號)時，為了預防導彈尾氣對發動機的影響，放下進氣道斜板，減少發動機進氣量；發動機加力狀態時進行加力遭遇起動；減少低壓和高壓壓氣機的進氣量；放大噴口以提高發動機的穩定裕度。

以下簡要介紹消喘系統的系統組成和工作過程。

消喘系統包括發動機綜合調節中的防喘保護裝置、空氣壓力受感部、喘振信號器、主泵調節器的執行機構им3、發動機自動起動器、噴口調節器的執行機構им4。

空氣壓力傳感器將高壓壓氣機(九級)后的空氣總壓(P02)和靜壓(P2)輸送給喘振信號器。當壓差？Pck發生變化時，喘振信號器的輸出電壓也隨之改變，該輸出電壓被傳輸到綜合調節器的防喘保護機構。

綜合調節器通過邏輯判斷發出指令到執行裝置和起動自動器。

3.1 預防喘振組件

圖1 發動機消喘系統的工作原理簡圖

當發射導彈時，從飛機電路傳來的+27伏電壓作用到標準器上，形成K2指令，并經時間給定網絡延時(4±0.5)秒(從最后一次接到“發射武器按鈕”指令算起)，分五路傳輸到以下組件：第一路到進氣道控制系統(APB)，放下調節板，減小發動機的空氣流量；第二路是到加力控制與信號組件(ВУФ)，如果發動機在加力狀態則進行加力遭遇起動；第三路是到低壓壓氣機進口導流葉片調節通道(им 8)；第四路是到或門；第五路是到功率放大器，作用到им2上，是發動機的幾何通道產生作用，提高穩定裕度，另外，從功放輸出的信號，還傳輸到或門上，并經過時間給定網絡保持(8±1.6)秒，驅動自動裝置(АПД)工作，發動機進入起動狀態。

3.2 消除喘振組件

發動機發生喘振時，高壓壓氣機后的脈動空氣壓力，經喘振信號器傳輸到ΔPck測量器，從ΔPck測量器輸出的信號分成五路，第一路到T4*燃氣溫度調節通道，用以補償熱電偶的慣性；第二路到喘振信號器檢查電路，如果Pck測量器的輸出電壓為零，則喘振信號器檢查電路輸出信號到РТГ，并關閉開關電路，切斷消喘系統；第三路到帶通濾波器，檢查信號的脈動分量ΔPck.П；第四路到低頻濾波器和生成器，監測信號的直流分量ΔPck.cp；第五路到匹配裝置，傳輸到發動機地面檢查記錄儀КЗА。

從帶通濾波器和低頻濾波器出來的信號送入A值測量器，形成A值輸往時間給定網絡。當n2＜85%時，K1指令被延遲(0.125±0.025)秒輸出；n2≥85%，“K1”指令信號延遲0.05秒后輸出；“K1”指令信號解除后，延遲(0.225±0.025)秒消失。從時間給定網絡出來的信號分成兩路，一路輸往與門，與n2≥35%信號一起輸往監控告警系統和機載參數記錄系統；一路與T4*調節通道來的發動機超溫信號一起輸往或門。從或門出來的信號也分成兩路，一路和n2≥35%信號一起經與門，輸往加力自動節流系統，協調雙發推力，避免一側推力過大，造成飛機操作困難；一路與載有n2≥35%信號，H＞2000米或M＞0.65的與門15的輸出信號一起，輸往與門，從與門輸出的信號分成三路，一路輸到加力控制與信號組件(ВУФ)，和低壓壓氣機進口導流葉片調節通道(PHA)；一路經時間給定網絡，功率放大器，將K1指令輸給飛行前檢查組件(ВПК)，電磁活門(им4)，進氣道自動調節器(АРВ)和或門；第三路到或門，與來自T4*調節通道得起動超溫信號一起輸往時間給定網絡，經過功率放大器，到飛行前檢查組件(ВПК)，電磁活門(им3)和或門，從或門出來的信號用于對發動機進行遭遇起動。

[1]呼萬豐.《蘇二七飛機發動機構造與維護》.中國人民解放軍空軍裝備部,2006.

[2]廉小純,吳虎.《航空燃氣輪機原理上冊》.國防工業出版社,2001.