張森

【摘 要】本文通過(guò)分析喘振對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能及發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能方面的影響，指出了發(fā)動(dòng)機(jī)喘振形成的根本原因，喘振的形成及喘振對(duì)飛機(jī)的危害，通過(guò)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振故障的監(jiān)控與分析，大大提高了喘振故障的排除效率，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性也得到一定提升，對(duì)解決喘振故障提供了參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】發(fā)動(dòng)機(jī)；喘振；氣流分離；故障機(jī)理；監(jiān)控

發(fā)動(dòng)機(jī)的工作對(duì)飛機(jī)的飛行安全和效益起著決定性的作用，所以裝在航線運(yùn)輸機(jī)上的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足下列基本性能要求：發(fā)動(dòng)機(jī)推力大，重量輕；發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率低；發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)具有良好的高空性能和速度性能；發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸要??；發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性要好；發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境污染要小。這些性能都是發(fā)動(dòng)機(jī)最基本的性能，但飛機(jī)在飛行中，由于氣象條件的各種影響以及發(fā)動(dòng)機(jī)本身的不穩(wěn)定工作造成了發(fā)動(dòng)機(jī)的非正常工作，本文介紹的喘振就是發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定工作的形式之一。

一、喘振的基本概念

喘振是氣流沿壓氣機(jī)軸線方向發(fā)生的低頻率、高振幅的振蕩現(xiàn)象。它會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件的強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)和熱端超溫，并在很短的時(shí)間內(nèi)造成機(jī)件的嚴(yán)重?fù)p壞。

二、喘振故障機(jī)理分析

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生喘振的原因可以用氣流分離的形成和發(fā)展理論來(lái)說(shuō)明。下面依情況來(lái)分析。當(dāng)流量系數(shù)過(guò)小時(shí)（小于設(shè)計(jì)值），壓氣機(jī)葉片進(jìn)口的沖角為正值，氣流沖向葉片的凹面，而在葉片的凸面產(chǎn)生渦流，出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象。由于氣流具有慣性，緊貼在葉片的凹面，而在凸面產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流并迅速發(fā)展，同時(shí)，在葉柵前后產(chǎn)生壓力差，在葉柵和通道前后壓力差的作用下，就會(huì)造成氣流流動(dòng)、分離、中斷，而后再流動(dòng)、再分離、再中斷，周而復(fù)始的脈動(dòng)現(xiàn)象，甚至氣流還可能逆向沖出壓氣機(jī)，引起發(fā)動(dòng)機(jī)喘振。

三、喘振故障監(jiān)控

從理論上分析，能及時(shí)反映出發(fā)動(dòng)機(jī)失速或喘振狀態(tài)的參數(shù)很多，如壓氣機(jī)進(jìn)、出口壓力，空氣流量，轉(zhuǎn)速，排氣溫度，振動(dòng)以及噪聲等等。但是，這些參數(shù)能符合所在機(jī)型的只有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和排氣溫度。這都是發(fā)動(dòng)機(jī)上的現(xiàn)有的基本設(shè)備，因而既可靠，又及時(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)由穩(wěn)定狀態(tài)剛剛進(jìn)入喘振的瞬間具有以下特點(diǎn)：壓氣機(jī)出口處的高壓氣體有倒流回沖趨勢(shì)，驟然間使增壓比、空氣流量突降，壓氣機(jī)效率猛跌，渦輪效率銳減，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以很大的速率下降；而渦輪前、后燃?xì)鉁囟纫院艽笏俾噬仙Ｍㄟ^(guò)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)喘振的固有特點(diǎn)，采用閾值判斷的方法可對(duì)該故障進(jìn)行在線監(jiān)控，即將轉(zhuǎn)速、排氣溫度信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸入相應(yīng)軟件中與正常情況下的數(shù)據(jù)相對(duì)比，若有異?，F(xiàn)象，例如若在某個(gè)點(diǎn)或某段時(shí)間出現(xiàn)大于或小于該閾值的數(shù)據(jù)點(diǎn)，則表明喘振故障發(fā)生。

四、喘振預(yù)防措施

（1）通過(guò)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以預(yù)防喘振。采用雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，壓氣機(jī)工作狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的高低壓轉(zhuǎn)子會(huì)自動(dòng)地調(diào)整轉(zhuǎn)速，保持各級(jí)壓力機(jī)進(jìn)口處流量系數(shù)接近設(shè)計(jì)值，使壓氣機(jī)穩(wěn)定工作，喘振裕度增加。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)表面處理。采用進(jìn)氣道內(nèi)表面開直槽或斜槽的方法可以增大進(jìn)氣口的喘振裕度。當(dāng)進(jìn)氣沖角增大，接近氣流分離狀態(tài)時(shí)，氣流可沿所開槽方向流入進(jìn)氣道，這樣進(jìn)氣道內(nèi)壁氣流速度加快，使氣流分離不能發(fā)生，避免了喘振的出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)此處理可使發(fā)動(dòng)機(jī)喘振裕度從8%增加到17%。（2）通過(guò)設(shè)計(jì)喘振控制系統(tǒng)來(lái)防止喘振的發(fā)生。發(fā)動(dòng)機(jī)喘振控制系統(tǒng)由信號(hào)、控制、執(zhí)行三部分組成。當(dāng)喘振將要發(fā)生時(shí)，由探測(cè)元件把信號(hào)傳給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)分析后，控制執(zhí)行系統(tǒng)動(dòng)作，從而避免喘振的發(fā)生。喘振控制系統(tǒng)常用以下幾種方法防止喘振：壓氣機(jī)中間級(jí)放氣?？尚D(zhuǎn)導(dǎo)向葉片?？刂乒┯鸵?guī)律。可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)退出喘振區(qū)域。使用發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）操縱油門的動(dòng)作要柔和，不能過(guò)猛；（2）注意協(xié)調(diào)桿、舵的操縱量，避免側(cè)滑，防止進(jìn)氣道內(nèi)氣流分離以提高進(jìn)氣道效率，避免喘振；（3）一旦發(fā)生喘振，應(yīng)緩慢地收油門，直至油門位置與轉(zhuǎn)速相適應(yīng)或喘振消除時(shí)為止；（4）密切注意喘振時(shí)的排氣溫度，必要時(shí)應(yīng)收小油門，防止超溫；（5）減小飛機(jī)迎角，增大飛行速度可有助于消除喘振；（6）如發(fā)動(dòng)機(jī)裝有空中點(diǎn)火裝置，在喘振時(shí)應(yīng)將電門放在連續(xù)點(diǎn)火位置，減少空中熄火的可能性。

綜上所述，通過(guò)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)防喘控制系統(tǒng)的方法可以預(yù)防和控制喘振的發(fā)生；正確的操作和精心的維護(hù)也能夠避免喘振的發(fā)生。利用以上方法，可望從根本上解決喘振這一嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能、阻礙發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的難題，同時(shí)，飛行員應(yīng)熟悉壓氣機(jī)喘振的現(xiàn)象，危害，引起喘振的條件，掌握飛行使用中防止喘振的措施，確保飛行安全。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]燕洪文.對(duì)JT8D2217A發(fā)動(dòng)機(jī)喘振的探討[J].民航經(jīng)濟(jì)與技術(shù).1995，11（167）：44，45

[2]趙廷渝.《航空燃?xì)鉁u輪動(dòng)力裝置》.中國(guó)民航飛行學(xué)院.1998：12