某型發動機消喘系統原理分析

姚明 白昊鵬 徐聲恒

（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）

某型發動機消喘系統原理分析

姚明 白昊鵬 徐聲恒

（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）

喘振對航空發動機的安全工作有嚴重危害，航空發動機在任何狀態下都應避開喘振區。某型航空發動機消喘系統的作用是提高發動機喘振裕度，當發動機出現喘振時，通過控制航空發動機燃油調節和幾何通道調節，來消除發動機喘振，并將發動機快速恢復到原穩定狀態。本文簡要介紹了某型號航空發動機消喘系統的組成及工作原理。

航空發動機 消喘 防喘 喘振

航空發動機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。

喘振產生的根本原因是由于攻角過大，使氣流在葉背處發生分離而且這種氣流分離嚴重擴展至整個葉柵通道。

發動機喘振會引起排氣溫度升高、燃燒不穩定、壓氣機工作不穩定等現象。如發生喘振，應使發動機立即退出喘振狀態，否則可能造成發動機的嚴重損壞。為防止喘振，發動機設有防喘和消喘兩個系統。

發動機設計時通常采取的防喘措施主要有四種：可變進口通道面積、壓氣機中間級放氣、可調導向葉片和整流葉片、雙轉子或三轉子。

（1）可變進口通道面積：進氣道構造上設有可調斜板來調節進口面積。

（2）壓氣機中間級放氣：通過改變流量來改變工作葉輪進口處的絕對速度的大小，從而改變其相對速度的大小和方向，改變攻角，達到防喘的目的（對于增壓比在10以上的多級壓氣機，防喘效果不明顯）。

（3）可調導向器葉片和整流葉片：按照發動機轉速和進氣總溫的變化，調整進氣氣流的方向，使進氣迎角始終與設計狀態一致，提高發動機的穩定工作范圍。

（4）雙轉子或三轉子：通過改變轉速，即改變壓氣機動葉的切線速度的辦法來改變工作葉輪進口處的相對速度的方向，以減小攻角， 達到防喘的目的，或者說是通過改變轉速的辦法來改變流量系數使其接近設計值，達到防喘的目的。

某型發動機采用的防喘振措施有：1）進氣道構造上設有可調斜板來調節進口面積；2）采用雙轉子（目的是當進氣量減少或轉速下降時，壓氣機前幾級壓氣機葉片攻角增大，負荷變重；隨著氣流迎角逐級減小，負荷變輕。由于高低壓轉子轉速可以不同，低壓轉子的轉速因負荷變重而增大，高壓轉子的轉速因負荷變輕而減小）；3）可調的壓氣機導流葉片（目的是按照發動機轉速和進氣總溫的變化，調整進氣氣流的方向，使進氣迎角始終與設計狀態一致，提高發動機的穩定工作范圍）；4）在低壓壓氣機第四級機匣設置處理機匣（目的是減小葉片葉尖附近的迎角）。

圖1 發動機消喘系統原理

某型發動機消喘系統的功用是當發動機發生喘振時，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），同時接通遭遇起動，恢復發動機原穩定狀態。

1 消喘系統組成

某型發動機消喘系統組成包括發動機綜合調節器中的防喘保護裝置、空氣壓力受感部、喘振信號器、主泵調節器的執行機構им 3、發動機自動起動器、噴口調節器的執行機構им4。如圖1所示：

2 消喘系統工作原理

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。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。

發動機防喘系統的功用是當放射導彈（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。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。

執行機構（PHA、им4、им3）的協動過程如下：

（1）PHA接到K1（或K2）信號后，經過調整電阻，程序生成器輸出偏差信號，在經過校正裝置和脈寬調制器生成與偏差信號成比例的占空比S8，經過功率放大器傳輸至主泵調節器的執行機構им8，減小進氣量。

（2）им4：若加力狀態下出現喘振信號K1時，將發動機狀態重調到最小加力狀態，并增大加力狀態下的πT調整值；最大狀態下增大加力狀態下的πT調整值。

（3）им3：電磁活門通電時間較喘振信號長0.2秒，主泵調節器的定量活門處于最小供油量位置；燃油分配器停止向燃燒室供油；高低壓導流葉片向減小發動機空氣流量方向偏轉；噴口臨界面積調大。

4 結語

航空發動機喘振是嚴重威脅發動機工作和飛行安全的因素，無論發動機工作在什么狀態下都應避開喘振區。防喘系統提高了發動機的喘振裕度，發生喘振時消喘系統投入工作可以有效保證發動機的正常工作。

［1］廉筱純.《航空發動機原理》.西北工業大學出版社，2005.