2005 发动机试验稳态性能分析和评定方法

'第!"卷第#期燃气涡轮试验与研究$%&’(")*%’#EO+,,-年!!月./0123456789:735;76707/3?@*%AB)+,,-发动机试验稳态性能分析和评定方法马前容!文刚!田金虎C中国燃气涡轮研究院!四川江油DE!F,GH摘要"本文先简单介绍了发动机稳态性能的确定方法!然后讨论了节流特性和高度I速度特性变化的影响因素!并给出了这些特性的分析和评定方法!最后用这些方法分析了某型发动机的地面节流特性和高度J速度特性验证试验的试验结果#研究结果表明!本文所述的方法不仅可以提供比较准确的评定结果!而且有助于分析差异产生的原因#关键词"发动机$稳态性能$分析和评定方法中图分类号"$+K文献标识码"L文章编号"MDF+J+D+,C+,,-N,OJ,,+OJ,D!"#$%&’()*+&’&%,$--.--/.%)0.)"1,123).&,(4#5215/6%7.*%8%9*%.:.-)PLQ5/6J3%6R!S8*./6R!1TL*U56J@2VW@56/./0123456780引言(+,)-#高空舱等效舱压‘bd/+.,单位燃油消耗率‘CbR‘C*%@NN众所周知!稳态性能是指发动机在稳定工作状/)环境大气温度‘"态下!发动机主要数据和参数与外界环境条件和内/(*发动机进口总温‘"部控制作用之间的关系!它是航空发动机重要的设/G*燃烧室出口燃气总温‘"计技术指标之一#在发动机研制&改进改型过程中!常收稿日期"e-Je_Je-$修回日期"e-JMeJEO作者简介"马前容CM_FEJN!女!四川荣昌人!高级工程师!硕士!主要从事航空发动机试车与试验技术研究# 第!"卷燃气涡轮试验与研究’-将稳态性能分为高度#速度特性和节流特性两类进行舱压!"#$%&&按规定冲压比计算完全膨胀时模拟进口条研究!并通过选择部分具有代表性的飞行状态和发动件下的喷管排气压力’!即(机工作状态在地面台和专用高空台上进行试验的方’"($%&))!**$)!*+(*!$%(%法对这些性能进行检查"验证和改进提高#则舱压模拟偏差带来的喷管总推力修正项!,-)要达到上述目的!首先要保证试验获得的性能.+,&$!"($/)"#$%&%!最后按进口压力条件由相似换算得到参数是准确的!其次还需要正确分析和评定这些性喷管换算总推力!减去换算进口动量阻力即获得给能参数$这样一方面可以为性能故障诊断提供可靠定飞行条件下的净推力#本文分析的试验结果均按的信息!另外也能为确定改进和提高发动机性能的照准相似条件计算确定#方法提供技术支持$但是!由于试验结果受到诸多客对于工作条件不能看作近似相似的情况!则通观因素的影响$比如非标准大气条件%模拟偏差"发常采用修正曲线对数据进行处理!修正曲线可由专动机技术状态变化等%!使得上述工作的难度大大增门的试验研究获得!也可以由完善的仿真程序计算加$鉴于许多专家对准确测定发动机稳态性能已有得到#比较深入的研究!并针对某些具体的情况形成了相应的修正规范&!!’(!故本文主要讨论试验结果的分析"节流特性分析和评定方法和评定方法$分析和评定试验结果通常采用比较法!"#$节流特性及控制方法包括比较不同试车台之间的结果!以及试验结果和节流特性为发动机主要性能参数之一!指在给仿真计算结果!故保证最终结论的正确需选择准确定的飞行条件和控制规律下!发动机推力和耗油率的比较基准$但无论是试车结果还是仿真计算值都随油门位置变化的关系#对于特定型式的发动机!其由于各自的多种原因!并不能保证其结果与真值之节流特性与设计工作过程参数和控制规律有关#在间无差异!这就要求选用的分析和评定方法应尽量非加力状态下!节流靠减小发动机油门杆角度%降低减少对比较基准准确性的依赖程度$燃烧室的供油量来实现!主要控制因素为燃油消耗考虑到一般发动机在中间以下节流状态和中间量#为改善发动机的经济性和提高其稳定裕度!还可以上状态$包括中间状态%具有不同的控制规律!以以利用其它一些控制因素!比如改变喷管临界截面及发动机试验项目与试验内容的多寡和重要性!本面积%压气机导向器角度等#文结合某型发动机多次试验的结果!主要研究了地"%!节流特性分析和评定方法面非加力状态节流特性以及油门杆置于非加力和加节流特性常用比较法进行分析和评定!被比较力最大推力位置的分析和评定方法$的对象包括不同试车台的试验结果和仿真计算值#由于试验数据有限%试验条件不同%试验结果的不确!发动机稳态性能参数的确定定度等因素的影响!进行点对点的比较是不可能的!分析和评定发动机稳态性能!首先要根据试验也是不科学的!实际工作中一般采用比较性能参数具体情况或仿真计算程序确定分析和评定所需的所的节流特性曲线来分析和评定发动机的节流特性!有性能参数值$由于大气温度"湿度"压力和模拟参这些特性曲线按照高压或低压转子的换算转速为自数的变化!各次试验中发动机工作条件不可能相同变量来绘制#或完全相似!为了便于比较分析!需对试验结果进行对于双轴发动机!即使发动机工作在较低的节必要的处理以得到某个给定飞行状态下的性能$流状态!其高压部件$燃气发生器%通常也工作在较对于发动机在与给定的飞行状态近似相似的条高的换算转速下!若此时高压涡轮落压比按低压涡件下工作的情况!发动机部件和整机的所有相似参轮一级导向器进口截面锁定!且临界截面不可调!则数相等!流路对应几何位置的无量纲同名物理量相燃气发生器的特性参数是高压换算转速的单值函等!数据处理方法就采用相似换算!转速"空气流量"数!高压压气机进口条件的变化只导致工作点在工燃油流量"各截面温度等参数均按该方法确定$因喷作线上移动#同时!虽然双轴发动机非加力状态的控管总推力需满足喷管完全膨胀等条件时与进口压力制因素为两个$燃油流量和喷管临界截面面积%!但研之比才成为相似参数!故必须修正环境压力模拟偏究控制方案时都直接或间接地在低压压气机特性上差带来的总推力损失$确定喷管总推力时!引入等效给定工作线!该属性通过喷管临界截面面积的调节 3.马前容等$发动机试验稳态性能分析和评定方法第H期方案来保证!即在所有飞行条件下以低压压气机特动机合格性检查#可行性检查和计算方法鉴定的基性上固定的和不变的工作线布局为特征!从而使发础!本文选择地面节流特性作为分析对象"动机组件特性变为低压压气机换算转速的单值函某型发动机一次地面台架试验!"$!"!#$%!#数"因此!对于给定型号的发动机!发动机设计参数#"!&’’$(()*+,和两次高空校准试验!-$!&$!&.!#和控制规律选定后!若高#低压压气机可调截面按照#&$!#%&"!%’)*+#’!./0)/%1$!&$!23!##&$!#%&"!%’各自的换算转速调节!从理论上说!外界条件的改变)*+#’!&4/0)/,的高低压转子的转差线见图&!按(35)#应不引起高#低压压气机共同工作线的变化"(&6)绘制的节流特性曲线分别见图3和图2!图中数从上面的分析看!发动机高#低压压气机的工作据都是直接通过相似换算得到"线均具有不变性!则发动机的高#低压转子转差随节从图中可以看出!"#-两次的发动机高低压转流程度呈特定的规律变化"故采用比较法分析和评子的转差基本一致!采用不同的转速分析发动机节定发动机的非加力节流特性时!选择高压和低压压流特性将得到基本一致的结论"但-和1的转差差气机转子的换算转速作为自变量来分析评定其它主异较大!用(&6)为横坐标绘制的主要性能参数的节要性能参数应得到相同的结果"但在实际问题中!有时会遇到同一台发动机在不同次试验中!或者试验结"-果与计算的高#低压转子的转差线不同!此时采用高1压和低压转子的换算转速来分析发动机节流特性将得到不同的结果"为了找到引起性能变化的原因!就078)&(需要针对具体的性能参数选择合适的转速$对燃气发生器的特性!需与高压压气机的换算转速关联%对发动机组件特性!需与低压压气机的换算转速相关联"(36)07!"!某型发动机地面节流特性图&转差特性考虑到发动机地面台架上获得的节流特性是发9:/$&;<=<>?@AABCD+>+C=A>:?=:CA??<>""--110!N)$*0)4*)!(+(35)I7(36)07J+K涡轮后燃气温度LMK推力""--11KK0D0?//))0L0L)*).*-,,(36)0S(35)07LCK空气流量LBK燃油流量图3以(36)为横坐标的节流特性9:/$3OD><==PACD+>+C=A>:?=:C?LQ+>:+=:?=@1ABC-00DE,B=><-<-%$%$=>=><-<-##$$=!=!,,)+&)+&***#)=!*#)=!!1"中间状态!?"全加力状态图’被控参数与控制计划比较结果)*+,’-./012*3.45*678.462.99:;0121/:6:23 第%.卷燃气涡轮试验与研究#,能参数也基本一致#被控参数与控制计划一致"但转差偏离设计状态时"中间状态除推力偏差略大外"其余性能参数偏差相对较小"加力状态空气流量接近"!而燃油流量和推力明显偏低#对于被控参数与控制!计划存在差异&转差或转速也偏离设计状态的中温和高温试验点"各性能参数差异都很明显$由此可见"发动机被控参数与控制计划的相符程度以及转差!%#C!与设计状态的差异大小"都与发动机性能有着非常密$6&中间状态切的联系$!结论!$%&分析和评定发动机节流特性时"应先确定!高&低压转子的转差特性"若被比较的两次结果没有差异"可选择任一转速与其它性能参数关联#若存在差异"需根据性能参数的影响因素来确定其关联转!%#C!速"并增加气路参数&燃气发生器组件和发动机组件$@&全加力状态特性的相关分析"以便确定差异产生的原因$图"涡轮落压比与控制计划的比较结果$#&分析和评定发动机高度’速度特性验证试/01*"23456774896:;0<:56=0<<>=<=67954;;?540:=?5@0:4验结果时"应先确定被控参数和其它重要参数与控A-<<74KO:10:4P65=;(J)*QRIR’NQS’GGHG"%,G!*'