涡扇发动机高原起动供油调整规律研究及故障分析

以某型涡扇发动机高原起动试验为研究对象,通过建立关键事件方式建立起动调整策略分析方法,总结分析了高原起动特点及起动供油量的调整规律,并针对发动机起动过程中出现的几种典型的失速、热悬挂失败案例,分析获得了起动失败的原因。结果表明：高原冷态起动失败主要为起动机脱开后发动机失速为主;热态起动失败主要为低压转子阻力矩增大导致热悬挂为主;起动供油调整规律为起动第二阶段减小供油量,起动第三阶段增加供油量。并提出了提升高原起动成功率的建议,可为发动机高原使用提供参考。     

民航涡扇发动机高高原起动失效机理试验研究

为了探究民航涡扇发动机高高原起动失效机理,基于QAR数据对某型大涵道比涡扇高高原发动机冷发起动失效和热发起动成功时的关键性能数据进行了对比分析;针对发动机起动时燃烧状态,设计了航空发动机在翼尾气测量系统,测量分析尾气主要成分(未燃碳氢化合物、氮氧化物和一氧化碳)的实时浓度,结果表明:高高原无论冷发起动失败还是热发起动成功,起动机均需要单独带动发动机运转较长时间,达到30%N2左右转速,发动机才开始供油,热发比冷发供油量多,由于燃油雾化质量差,冷发起动比热发起动着火耗时明显增长;冷发供油到着火这段时间,发动机供油规律为脉动式;受制于EGT的限制,冷发起动第三阶段供油量基本维持不变,造成起动悬挂;热发与冷发相比,EGT温度较高,未燃碳氢化合物和一氧化碳的排放浓度较小,氮氧化物排放浓度差距不大,热发的燃油燃烧更充分。     

涡轴发动机高原起动试验研究

基于不同海拔机场发动机地面起动试验结果,以及涡轴发动机起动特点,研究了机场海拔高度对发动机起动过程的影响,并结合发动机起动供油及燃烧过程,分析了在高原机场造成起动困难的主要因素,并针对高原起动出现的问题,给出了改进建议。结果表明,随着海拔增高,发动机地面起动时间增加,起动过程中的最高排气温度上升,起动过程更容易出现喘振;建议通过合理调整起动供油量和提高起动机功率来改善发动机高原起动性能。     

某两型起动机地面起动性能对比研究

航空发动机的重要特性之一就是快速、可靠的起动,其配装的起动机性能就是影响发动机起动过程的直接因素。本文介绍了某两型燃气涡轮起动机,将其配装在同飞机同发动机进行平原地区地面起动试验,并对试验结果进行了详细的分析对比,为起动机的优化提供数据支持。研究表明,两型起动机与发动机共同工作均能完成稳定起动过程;起动过程中,两型起动机的燃气发生器自持转速和排气温度无明显差异;两型发动机相比,B型起动机的起动性能有所改善,但在平原地区其优化幅度较小;提高起动机功率,可有效提高带转发动机转速上升率,点火更快,点火时间更短,起动更快速。     

航空发动机飞行试验喘振故障分析研究

针对发动机在飞行试验中出现的喘振停车故障,通过分析风扇和压气机可调导向叶片调节、尾喷管喉道面积调节、主燃油控制、进气扰动、消喘控制等影响因素,逐一查找喘振原因并制定排故措施。分析结果表明:发动机供油量设计与喘振裕度不匹配导致发动机在加速过程中出现了喘振,发动机稳定裕度不足是喘振的主要原因;发动机消喘切油过深使发动机出现停车,启动供油和消喘切油的综合作用引起发动机出现转速悬挂,直接导致发动机排气超温和消喘失效;减小发动机加速供油量以及关小压气机可调导向叶片可以有效提高发动机稳定裕度,但会影响发动机加速性能。     

航空发动机涡轮叶片的超温失效分析

前言当燃气涡轮在使用中经历了超温状态时则可能严重地损害涡轮叶片的组织,如不排除,可能导致发动机过早失效。国外对发动机高温部件早期失效的原因进行了分析,认为超温是原因之一。所以一些发动机厂规定服役中的发动机要作定期的过热检查。本文研究超温失效的涡轮叶片的某些显微组织特征,为航空发动机作超温检查提供参考。     

涡轮转子起动温升曲线优化及试验研究

涡轮转子在快速起动的过程中会产生较大的热应力,影响转子的热疲劳寿命。结合遗传算法与转子结构热分析,提出发动机起动温升控制曲线非单调参数化,对涡轮转子快速起动过程中的温升控制曲线进行优化设计。优化过程以转子最大热应力为目标函数,计算搜索最优解,并研究温升控制曲线对转子最大热应力的影响。结果显示,优化后的发动机快速起动温升控制曲线可以有效地降低转子的最大热应力和缩短快速起动时间。同时,为了验证提出的涡轮转子快速起动温升曲线优化设计方法的有效性,搭建转子热冲击应力测试试验台,通过对比优化前后温升曲线下的转子最大热应力,验证了理论分析结果。提出的优化设计方法可以为发动机设计初期的快速起动控制方案设计提供一定借鉴。     

某型燃油电控调节器结构改进设计研究

某型燃油电控调节器是用于某型发动机燃油数控系统的执行装置，在厂内调试时，空中起动点火供油量性能调试困难；在进行交付试验时出现了空中起动点火供油量变小，即性能不稳定的问题。针对上述不足，对该调节器的组成、功能、工作原理进行详细分析，从而对其压差回油装置进行结构改进设计及静差分析，利用AMESim仿真软件建立数学模型并给出性能仿真结果。改进后的试验结果表明，空中起动点火供油量指标已达到要求，保证了发动机的正常工作。     

无人机涡喷发动机起动加速试验研究

针对某无人机用涡喷发动机的起动加速性能要求以及为了保证发动机起动加速过程中的安全性和可靠性,对发动机起动加速过程中的主要影响因素进行了分析,设计了单油泵双油路、火药起动、烟火点火器以及主油路电磁阀控制等控制方案;同时,为了保证发动机实现快速起动功能,在起动点火过程中采用开环控制,在慢车以上状态加速过程中则采用转速闭环控制;基于地面台架试车试验和无人机搭载飞行试验,获得了发动机的起动时间、输出转速、排气温度和压力等参数值。试验研究结果表明,该发动机具有较好的起动加速性和可靠性。     

某型航空发动机空气涡轮起动机起动故障研究

为了保障地面试车效率及飞机飞行的安全,对起动过程的故障模式、故障部位及故障原因作出及时准确的判断,预防起动过程潜在故障的发生,通过分析起动原理,研究了起动过程中5种常见起动故障。对航空发动机地面台架试验过程中起动失败故障进行分析,通过绘制故障树,得到起动过程异常带转故障模式为起动机出口堵塞;快速定位故障原因为：在湿度大的低温天,起动机短时间内连续起动,等熵膨胀过程起动机涡轮叶片及起动机出口壁面结冰,造成涡轮出口面积减小,排气不畅引起出口堵塞,涡轮输出功率减小,起动失败,保障了地面试验安全;并根据该起故障对地面试验供气系统提出增加干燥机的改进措施和试验前、后起动机检查要求,经过地面持久试验和考核试验验证方法有效,起动机结冰故障得到有效控制。该起故障研究和排故改进措施可供地面台架试验参考。     

航空发动机热态下不均匀叶尖间隙的热固耦合分析

涡轮叶尖间隙对发动机性能有很大影响。孔探图像显示高压涡轮叶片前缘与机匣衬套之间摩擦严重,且发动机排气温度裕度持续偏低。为了精确获得航空发动机在工作环境最恶劣工况下的叶尖间隙值,对涡轮盘与叶片进行热固耦合有限元分析。采用SolidWorks 2014建立高压涡轮盘与高压涡轮叶片模型,借助ANSYS Workbench获取工作状态下涡轮盘与叶片的温度场分布与结构变形量,得到高压涡轮叶尖前缘与后缘的实际间隙值,为改进高压涡轮单元体维修方案,提高发动机性能提供合理建议。     

脉冲爆震涡轮盘腔温度特性试验分析

为了研究爆震波对涡轮盘腔内温度特性的影响,通过试验方法测量了爆震室工作在不同频率脉动来流下所模拟的涡轮各腔室内的温度随时间的变化特性。结果表明：爆震波对3个腔内温度影响较小,不存在燃气大量入侵造成腔内超温,影响涡轮正常工作的问题;在脉冲爆震试验中,适当增大分气量对腔内温度变化基本没有影响。     

发动机地面起动时涡轮叶尖间隙动态变化规律

基于涡轮叶尖间隙主动控制的需要,本文分析了涡轮叶尖间隙的变化机理,建立了机匣、叶片和转子的简化模型,同时基于某型发动机试车数据计算了涡轮叶尖间隙,研究了发动机地面起动时涡轮叶尖间隙动态变化规律。结果表明:地面起动时涡轮叶尖间隙呈减小趋势,机匣形变量上升速率最大,叶片变化量对叶尖间隙变化影响最小,可为发动机地面起动时涡轮叶尖间隙控制策略的设计提供参考。     

启动条件对涡扇发动机高原启动影响研究

针对涡扇发动机装机后高原地面启动出现超温热悬挂现象,研究了发动机初始温度和启动机初始压力对高原地面启动的影响。不同的启动方式对启动机供能存在差异,启动机初始压力越大,启动时间越短。打开引气功能可增大压气机工作裕度,预防热悬挂。发动机启动温度较低时,启动时间较长,发动机启动温度较高时,可能引起发动机超温。提高启动机初始压力、降低启动初始温度、打开引气功能可以提高发动机启动成功率,减少启动时间。     

涡轴发动机高原启动热悬挂分析研究

基于某涡轴发动机的启动特点,对其高原启动热悬挂现象进行了分析研究。通过分析对比不同启动过程规律,指出本次启动热悬挂的原因是点火成功时间长、启动电机脱开转入发电状态时机载设备及蓄电池从发动机燃气发生器转子提取了较大的相对功率。针对热悬挂原因提出了改进措施并进行了试验验证,试验结果表明,增大蓄电池容量后,启动过程中启动机端电压峰值提高了31.13%,端电流提高了25.76%,点火成功时间缩短了6.37s,启动过程中T₄₅最大值由841.6℃降至631.3℃,有效提升了启动电机带转能力,提高了发动机高原启动成功率,对涡轴发动机高原地面启动有较大的参考价值。     

某涡扇发动机空中启动喘振悬挂分析

对某涡扇发动机在空中启动过程中出现喘振悬挂现象进行了分析,并通过分析,给出了喘振悬挂的原因是由启动供油量与发动机转子加速率不匹配引起的。根据上述分析,对发动机空中启动进行了调整。通过试验,验证了调整的正确性,为同类型发动机出现该现象时对其分析提供了参考。     

发动机高压油管噪声的分析

某增压直喷发动机冷机起动过程中，发动机怠速时在机舱外和驾驶室内均能听到发动机处有明显的“哒哒”噪声。针对这一问题，对发动机及零部件单体进行数据采集、对比、分析，确认故障原因为发动机起动时，燃油系统迅速建立起高压燃油，导致高压油管共振，从而发出“哒哒”噪声。为了避免这一问题，对高压油管的单体模态、发动机模态、油管管型、油管壁厚，以及油管增加阻尼和支架等方案进行分析，并进行整机噪声、振动、声振粗糙度试验，进而提出有效的解决方案。     

起动阶段涡轮导向叶片热应力及冷却作用研究

建立了涡轮导向叶片有限元分析模型,参照相关的试验数据和文献资料确定热边界条件,计算了发动机起动阶段涡轮导向叶片各瞬时的温度及热应力。分析所得高温、高应力区域与相似条件下某型发动机地面试车过程中出现裂纹的区域基本一致,验证了数值模拟过程的正确性。在此基础上,对比分析施加对流冷却与无冷却措施两种条件下的计算结果,发现对流冷却使叶片各点温度下降而应力升高,推断出温度与应力的变化趋势反向,因而在叶片冷却系统的设计中需要权衡温度与应力的关系。其结果与结论对叶片瞬态热应力计算和热疲劳分析有一定的借鉴意义。     

混联式混合动力轿车制动器辅助发动机起动控制

针对混联式混合动力轿车起动过程的顿挫等动力性问题,提出一种新型的利用制动器辅助发动机起动的方案,设计了制动器夹紧力矩控制、转矩协调等控制策略,并进行了仿真分析与试验验证。试验结果显示,发动机起动过程动力性改善明显。结果表明,利用制动器辅助发动机起动的方案合理,所设计的起动过程控制策略可行。     

660MW机组调试期间振动和瓦温超标分析与处理

某超超临界660MW机组在调试期间出现低压转子轴振大幅低频波动、瓦振超标及轴承金属温度超标、高负荷状态下发电机振动超标和不稳定等故障。经试验及测试诊断分析,认为引发低压缸振动及瓦温超标的主要原因为轴承承载过高、供油不足、低压缸轴承座在工作转速附近存在结构共振,发电机振动异常主要是由热不平衡及结构动刚度低且弱化引起。通过优化轴系标高、增大轴承供油量、补偿热不平衡量等措施,有效解决了上述故障问题。在此基础上,总结出供油不足引起的振动特征及发电机轴瓦振动超标问题的解决思路。