基于T₄₁和T₄₅關(guān)系的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析

楊洋 宋敏娜

摘 要：渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度T41是制約整機(jī)壽命的關(guān)鍵因素，一般情況下T41和T45有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文基于T41和T45關(guān)系變化，對(duì)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)重裝后性能差異大的原因進(jìn)行了分析，評(píng)估認(rèn)為壓氣機(jī)導(dǎo)葉角度偏離設(shè)計(jì)值、燃燒室出口溫度場(chǎng)惡化導(dǎo)致同轉(zhuǎn)速下T45升高40℃?；赥41和T45關(guān)系變化的整機(jī)性能數(shù)據(jù)分析方法可分析部件性能變化，為其他渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能分析提供參考。

關(guān)鍵詞：渦軸發(fā)動(dòng)機(jī);燃?xì)鉁u輪;溫度場(chǎng)

中圖分類號(hào)：V235.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）14-0083-02

0 引言

渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度T41對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命影響非常大，美軍標(biāo)JSSG-2007[1]明確規(guī)定將T41作為發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)定義的參數(shù)之一。一般情況下，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)T41和T45有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，整機(jī)試驗(yàn)中T45可通過熱電偶測(cè)量獲取，而由于結(jié)構(gòu)布局難以實(shí)現(xiàn)和氣流溫度較高等因素，整機(jī)試驗(yàn)中無法直接測(cè)量燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度T41。本文采用氣體焓法由試驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出T41，分析影響T41和T45關(guān)系的因素，評(píng)估燃燒室和渦輪的部件性能，進(jìn)而分析某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能差異原因。

1 氣體焓法計(jì)算T41

某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)由帶可調(diào)導(dǎo)葉的壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)鉁u輪和動(dòng)力渦輪等組成，具體截面劃分見圖1，渦輪內(nèi)部截面劃分見圖2。

3.2 試驗(yàn)T45和T41關(guān)系變化分析

表1可知?jiǎng)恿u輪導(dǎo)向器面積關(guān)小1%或燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器面積開大1%，同T41下T45上升2.5℃，且發(fā)動(dòng)機(jī)并未更換相關(guān)零件，因此可排除燃?xì)鉁u輪和動(dòng)力渦輪導(dǎo)葉面積的影響;燃?xì)鉁u輪效率下降1%，同T41下T45上升5℃，同功率下耗油率會(huì)上升1%，而試驗(yàn)結(jié)果表明同功率下耗油率基本不變，因此可排除燃?xì)鉁u輪效率的影響。

由于影響T41和T45關(guān)系的因素均被排除，因此認(rèn)為調(diào)整燃燒室噴嘴位置后，燃燒室出口溫度場(chǎng)變化導(dǎo)致T45熱電偶感受的溫度升高，比實(shí)際的截面平均溫度高20℃。燃燒室部件試驗(yàn)表明周向溫度分布系數(shù)OTDF、徑向溫度分布系數(shù)RTDF分別增大了1.22%、9.23%，驗(yàn)證了燃燒室出口溫度場(chǎng)分布發(fā)生惡化。

3.3 匹配計(jì)算

基于上述分析認(rèn)為燃燒室溫度場(chǎng)惡化導(dǎo)致T45測(cè)試溫度上升了20℃左右，對(duì)T45進(jìn)行20℃修正，單獨(dú)考慮壓氣機(jī)流量增大2.3%，同轉(zhuǎn)速下各參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2，各參數(shù)基本吻合。該渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)采用了可調(diào)導(dǎo)葉，受裝配影響，兩次裝配進(jìn)口導(dǎo)葉角度偏差較大，重新裝配時(shí)增大了壓氣機(jī)進(jìn)口截面積，使壓氣機(jī)進(jìn)口換算流量增加。為維持燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，控制系統(tǒng)增加燃油流量，引起燃燒室出口溫度升高，燃?xì)鉁u輪出口氣流可用功增加，發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大。

綜合評(píng)估認(rèn)為壓氣機(jī)導(dǎo)葉角度偏差、燃燒室出口溫度場(chǎng)惡化導(dǎo)致同轉(zhuǎn)速下測(cè)量T45升高40℃，壓氣機(jī)和燃燒室基本各占一半影響。

4 結(jié)語

以T41和T45關(guān)系為指導(dǎo)，對(duì)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能差異大的原因進(jìn)行了分析，綜合評(píng)估認(rèn)為壓氣機(jī)流量增加2.3%、燃燒室出口溫度場(chǎng)惡化導(dǎo)致同轉(zhuǎn)速下測(cè)量T45升高40℃，壓氣機(jī)和燃燒室基本各占一半影響。

壓氣機(jī)流量增大與受裝配影響的壓氣機(jī)導(dǎo)葉安裝角有關(guān)。

基于T41和T45關(guān)系變化的整機(jī)性能數(shù)據(jù)分析方法適用于分析渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)部件性能變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 航空渦噴渦扇渦軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合使用規(guī)范指南（JSSG-2007A）.于宏軍，代冰，張華譯[S].2007.

[2] ArthurH.Lefebvre， Dilip R.Ballal. Gas Turbine Combustion （3rd edition）[M]. Boca Raton：CRC Press，2010.