某型发动机消喘系统原理分析

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【摘 要】 喘振对航空发动机的安全工作有严重危害，航空发动机在任何状态下都应避开喘振区。某型航空发动机消喘系统的作用是提高发动机喘振裕度，当发动机出现喘振时，通过控制航空发动机燃油调节和几何通道调节，来消除发动机喘振，并将发动机快速恢复到原稳定状态。本文简要介绍了某型号航空发动机消喘系统的组成及工作原理。

【关键词】 航空发动机 消喘 防喘 喘振

航空发动机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率（每秒十几次）高振幅的一种气流振荡现象，它对压气机及发动机的工作有严重威胁，喘振的外部现象表现为放炮声，音调低沉，出现强烈的机械振动。

喘振产生的根本原因是由于攻角过大，使气流在叶背处发生分离而且这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道。

发动机喘振会引起排气温度升高、燃烧不稳定、压气机工作不稳定等现象。如发生喘振，应使发动机立即退出喘振状态，否则可能造成发动机的严重损坏。为防止喘振，发动机设有防喘和消喘两个系统。

发动机设计时通常采取的防喘措施主要有四种：可变进口通道面积、压气机中间级放气、可调导向叶片和整流叶片、双转子或三转子。

（1）可变进口通道面积：进气道构造上设有可调斜板来调节进口面积。

（2）压气机中间级放气：通过改变流量来改变工作叶轮进口处的绝对速度的大小，从而改变其相对速度的大小和方向，改变攻角，达到防喘的目的（对于增压比在10以上的多级压气机，防喘效果不明显）。

（3）可调导向器叶片和整流叶片：按照发动机转速和进气总温的变化，调整进气气流的方向，使进气迎角始终与设计状态一致，提高发动机的稳定工作范围。

（4）双转子或三转子：通过改变转速，即改变压气机动叶的切线速度的办法来改变工作叶轮进口处的相对速度的方向，以减小攻角， 达到防喘的目的，或者说是通过改变转速的办法来改变流量系数使其接近设计值，达到防喘的目的。

某型发动机采用的防喘振措施有：1）进气道构造上设有可调斜板来调节进口面积；2）采用双转子（目的是当进气量减少或转速下降时，压气机前几级压气机叶片攻角增大，负荷变重；随着气流迎角逐级减小，负荷变轻。由于高低压转子转速可以不同，低压转子的转速因负荷变重而增大，高压转子的转速因负荷变轻而减小）；3）可调的压气机导流叶片（目的是按照发动机转速和进气总温的变化，调整进气气流的方向，使进气迎角始终与设计状态一致，提高发动机的稳定工作范围）；4）在低压压气机第四级机匣设置处理机匣（目的是减小叶片叶尖附近的迎角）。

某型发动机消喘系统的功用是当发动机发生喘振时，通过控制发动机燃油供油量和几何通道，使发动机退出喘振状态。采取的具体措施是减少进气量，短时间切油，放大喷口（消除前拥后堵），同时接通遭遇起动，恢复发动机原稳定状态。

1 消喘系统组成

某型发动机消喘系统组成包括发动机综合调节器中的防喘保护装置、空气压力受感部、喘振信号器、主泵调节器的执行机构им3、发动机自动起动器、喷口调节器的执行机构им4。如图1所示：

2 消喘系统工作原理

喘振信号器将感受到的空气压力变化量转换成相应的电压信号，输送给发动机综合调节器，综合调节器根据高压转子转速N2，向发动机执行机构机载记录系统发出消喘信号。出现喘振信号的情况有两种：一是发动机气流通道发生喘振或有喘振趋势，喘振信号器向综合调节器发出电压信号；二是喘振信号器电路出现故障，发出“喘振”的虚假信号。

发动机防喘系统的功用是当放射导弹（出现“K2”指令信号）时，为了预防导弹尾气对发动机的影响，放下进气道斜板，减少发动机进气量。发动机加力状态时进行加力遭遇起动，减少低压和高压压气机的进气量，放大喷口以提高发动机的稳定裕度。消喘系统的功用是当发动机发生喘振（出现“K1”指令信号）时，通过控制发动机燃油供油量和几何通道，使发动机退出喘振状态。采取的具体措施是减少进气量，短时间切油，放大喷口（消除前拥后堵），接通遭遇起动，恢复发动机原稳定状态。

执行机构（PHA、им4、им3）的协动过程如下：

（1）PHA接到K1（或K2）信号后，经过调整电阻，程序生成器输出偏差信号，在经过校正装置和脉宽调制器生成与偏差信号成比例的占空比S8，经过功率放大器传输至主泵调节器的执行机构им8，减小进气量。

（2）им4：若加力状态下出现喘振信号K1时，将发动机状态重调到最小加力状态，并增大加力状态下的πT调整值；最大状态下增大加力状态下的πT调整值。

（3）им3：电磁活门通电时间较喘振信号长0.2秒，主泵调节器的定量活门处于最小供油量位置；燃油分配器停止向燃烧室供油；高低压导流叶片向减小发动机空气流量方向偏转；喷口临界面积调大。

4 结语

航空发动机喘振是严重威胁发动机工作和飞行安全的因素，无论发动机工作在什么状态下都应避开喘振区。防喘系统提高了发动机的喘振裕度，发生喘振时消喘系统投入工作可以有效保证发动机的正常工作。

参考文献：

[1]廉筱纯.《航空发动机原理》.西北工业大学出版社，2005.