淺談航空發(fā)動(dòng)機高低導面積匹配對轉差影響的研究論文
1 引言
轉差不合格是制約航空發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)的主要問(wèn)題。平均故障發(fā)動(dòng)機要反復排故很多次才能達到技術(shù)要求。轉差問(wèn)題頑固的發(fā)動(dòng)機重復試車(chē)次數增多，致使發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)周期過(guò)長(cháng)。
轉差問(wèn)題嚴重制約了航空發(fā)動(dòng)機的生產(chǎn)進(jìn)度，并額外占用大量企業(yè)資源，增加了不必要的制造成本，成為航空發(fā)動(dòng)機制造的質(zhì)量技術(shù)瓶頸。本文通過(guò)理論與工程實(shí)際相結合以及大量的試驗驗證，確定了高低壓渦輪導向器最佳排氣面積控制區間和最佳高壓渦輪轉子葉片與靜子機匣間隙兩種方式解決轉差不合格率高的技術(shù)難題。采取了上述措施后，航空發(fā)動(dòng)機轉差不合格率大幅降低，基本解決了轉差不合格故障對發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)的制約。
2 轉差的概念及影響轉差的因素
2.1 轉差的概念
轉差是航空發(fā)動(dòng)機控制高壓壓氣機穩定工作裕度的關(guān)鍵參數，即通過(guò)調整發(fā)動(dòng)機的轉差可改變高壓壓氣機共同工作線(xiàn)在高壓壓氣機特性圖上的位置。轉差直接影響發(fā)動(dòng)機在使用中的可靠性，是航空發(fā)動(dòng)機驗收的主要指標之一。
2.2 影響轉差的因素
一般來(lái)說(shuō)，轉差故障解決措施有控制高低壓渦輪導向器最佳排氣面積、控制最佳高壓渦輪轉子葉片與靜子機匣間隙、使用加長(cháng)轉子葉片的高壓壓氣機及溫度修正試驗試車(chē)等幾個(gè)方面，本文針對高低壓渦輪導向器面積匹配對轉差的影響開(kāi)展一系列研究。
航空發(fā)動(dòng)機的轉差是：在n1=常數、噴口面積為常數的調節規律下，在中間狀態(tài)低壓相對換算轉速n 1hs=100.5%的'條件下渦輪前燃氣換算溫度T3hs與高壓相對換算轉速n 2hs之間的關(guān)系，轉差△S=f( n 2hs， T3hs)。
當A低導、A高導確定后，則反映在一定轉差下n 2hs=f(T3hs)的關(guān)系。由此可知發(fā)動(dòng)機的轉差線(xiàn)一旦確定之后，高壓轉子的共同工作線(xiàn)也即確定，如轉差在規定的范圍內，高壓壓氣機的穩定工作裕度即可以得到保證，同時(shí)也直接保證了發(fā)動(dòng)機渦輪前溫度與高壓轉速之間良好的匹配，使發(fā)動(dòng)機在可靠工作的前提下性能得以充分發(fā)揮。
3 轉差隨高、低導向器排氣面積變化的規律
通過(guò)查閱資料，參考航空發(fā)動(dòng)機在熱力計算模型中得出：A高導每增加1cm2，△S約減小2.21格;A低導每增加1cm2，△S約增加1.21格。本文根據統計的多臺航空發(fā)動(dòng)機高、低導向器排氣面積原始數據與轉差值，計算出轉差率。當不考慮A低導時(shí)，轉差△S隨A高導增加而減小;當不考慮A高導時(shí)，轉差△S隨A低導增加而增加。因為熱力計算模型的前提條件是在標準大氣條件下并且保證T3不變的情況，而我們統計的數據中沒(méi)有考慮T3溫度和標準大氣條件，因此△S隨A低導及A高導變化趨勢不是很明顯，但也足以說(shuō)明△S隨A低導及A高導變化的規律。
根據轉差公式△S=f( n 2hs， T3hs)可知，在T3hs確定后，對于不同的A高導和A低導值，只要保持A低導/A高導為常數，則△S基本不變，并隨A低導/A高導的減小，△S下降。通過(guò)統計的多臺航空發(fā)動(dòng)機的高、低導向器的排氣面積的數據可看出此規律性較明顯(個(gè)別點(diǎn)考慮溫度的因素為壞點(diǎn))�！鱏隨A低導/A高導變化的規律為△S隨A低導/A高導的增加而增加。另外，按統計高、低導面積原始值，計算出A低導/A高導數值，得出在A(yíng)低導/A高導=2.427176±0.00573范圍內，轉差率為△S=0~20合格。如果注意到這一點(diǎn)則調整的合格率較高。
在實(shí)際允許的導向器面積調整范圍內，設A10為調整前的高導排氣面積，A20為調整前低導排氣面積，A1為調整后的高導排氣面積，A2為調整后的低導的排氣面積，轉差的變化應該有個(gè)經(jīng)驗公式：δΔS=α(A2-A20)-β(A1-A10)。分析認為：若保證高導面積調整前后不變而統計低導面積調整前后變化與轉差率變化的曲線(xiàn)，則得出的斜率即為α值。若保證低導面積調整前后不變而統計高導面積調整前后變化與轉差率變化的曲線(xiàn)，則得出的斜率即為β值。統計數據中有轉差不合格后調節高、低導面積的數據。在A(yíng)1不變，只調節A2時(shí)，共統計了32組數據。畫(huà)出δΔS隨A2-A20變化而變化的曲線(xiàn)，斜率為0.2656。同時(shí)，在A(yíng)2不變，只調節A1時(shí)，共統計了7組數據，此數據點(diǎn)太少，沒(méi)辦法找出規律。因此得出轉差的變化可按下式估算：δΔS=0.2656(A2-A20)。
在實(shí)際試車(chē)中影響轉差率的因素非常多，如：噴口出口面積、大氣溫度、大氣含濕量等。若轉差不合格時(shí)，為了調整轉差值采取的措施也很多。如：(a)調整高低導向器排氣面積。(b)控制高渦葉片葉尖間隙，由原1.7~1.84內控到1.65~1.75。(c)高壓渦輪導向器外環(huán)涂層采用前端面小間隙，后端面大間隙的坡度結構。(d)控制高渦轉子與高壓渦輪導向器五道封嚴篦齒的間隙值。(e) 控制低壓渦輪外環(huán)和級間封嚴環(huán)的尺寸和跳動(dòng)：減小間隙。(f) 串裝高、低渦轉子。每次調節手段不唯一。因此，統計的數據由于眾多因素的制約很難得到試驗性驗證和規律性。
結論
(1)當不考慮A低導時(shí)，△S隨A高導增加而減小;當不考慮A高導時(shí)，△S隨A低導增加而增加。
(2)在A(yíng)低導/A高導=2.427176±0.00573范圍內，轉差率為△S=0~20合格。
(3)如果注意到以上兩點(diǎn)，則調整的合格率較高。轉差的變化可按下式估算：δΔS=0.2656(A2-A20)。
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