涡轴8F发动机喘振故障浅析

马健

摘要：涡轴8系列发动机为自由涡轮式的涡轮轴发动机，具有性能比较先进，尺寸小，重量轻，结构简单，工作可靠，使用维护方便的特点。发动机的压气机由一级跨音轴流压气机和一级超音离心压气机组成的混合式压气机，具有结构简单、重量轻、增压比高、性能平稳的特点。本文根据发动机的压气机工作原理分析喘振的原因并提出维护建议及防止喘振的措施。

关键词：发动机喘振 空气压力故障

中图分类号：V32 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)2(c)-0000-00

1失速与喘振的概述

工作叶轮进口处相对失速的方向与叶片弦线之间的夹角叫做攻角。影响攻角的因素有两个：一是转速，另一个是工作叶轮进口处的绝对速度（包括大小和方向）。在攻角过大的情况下，会使气流在叶背处发生分离，这种现象叫做失速。失速区九朝着与叶片旋转方向相反的方向移动。这种移动失速比周围速度要小，所以站在绝对坐标系上观察时，失速区以较低的转速与压气机叶轮做同方向的旋转运动，称为旋转失速。

2发动机内部空气系统

发动机工作时，外界空气经直升机上的进气道流入压气机，首先在轴流压气机中得到压缩，然后再进入离心压气机被进一步压缩。压缩后的高压空气进入燃烧室，与燃油混合燃烧，生成高压高温的燃气。从燃烧室出来的燃气流向涡轮，首先在燃气发生器涡轮中膨胀做功，带动压气机工作；然后燃气进入自由涡轮中进一步膨胀做功，从而向外提供功率，驱动直升机旋翼等工作。

2.1 篦齿（或称迷宫）封严装置的密封原理。篦齿封严装置（或称迷宫封严装置）是利用篦齿前后空气的压差来达到密封目的。增压空气从压力高的一侧通过篦齿装置很小的间隙流向压力低的一侧，空气的流量被限制得尽可能小，而且始终沿从压力高到压力低的方向流动，如此，压力较低的那一侧（例如滑油腔）就被空气密封，滑油不能从篦齿处泄出。

2.2发动机前部的内部空气流路。引用轴流压气机后的压缩空气（P1′），用于压气机前后轴承篦齿封严装置的密封。压缩空气经离心压气机叶轮前面的间隙进入，一部分对压气机后轴承密封，另一部分经轴上的孔进入轴流压气机轴内腔，对压气机前轴承进行密封，同时加温压气机轴流转子前端的整流帽罩，防止低温时结冰。

2.3发动机中部的内部空气流路。引用离心压气机后的压缩空气（P2），用于甩油盘篦齿封严装置的密封（密封燃油）、燃气发生器后轴承篦齿封严装置的密封、燃气发生器涡轮导向器和涡轮盘的冷却。

2.4发动机后部的内部空气流路。引用P2压缩空气密封自由涡轮前轴承、利用外界大气Po冷却燃气发生器后轴承座和自由涡轮导向器。自由涡轮前轴承的密封空气，是利用装在涡轮机匣上的引气接头将P2空气引出，经外部空气导管送到减速器机匣上的空气接头，再经机匣内部通道送到自由涡轮前轴承篦齿封严装置进行密封。

3压气机放气活门

3.1放气活门的作用

放气活门的作用，是在燃气发生器转速较低时放掉一部分轴流压气机出口的空气

（P1′），防止压气机喘振。同时也有利于起动时转子加速。

压气机工作时P2/Po与NG的关系如图1所示。

图1

虚线所示为放气活门关闭时情况，在Ng较低（P2/Po较小）时，压气机工作线离喘振线较近，因此容易进入喘振区。当放气活门打开时，空气流量G′增加，因而压气机工作线离喘振线较远，喘振裕度较大，工作中就不会发生喘振。

放气活门安装在压气机机匣锥形段上方，放气活门打开时，部分P1′空气经活门排入外界大气。放气活门开闭界限根据P2/Po值确定，与一定工作条件（大气温度、高度）下的Ng对应。

调定的P2/Po≈6.1

地面标准大气条件下，加速过程中，Ng≈92%时活门关闭。减速过程中，Ng≈91%时活门打开

3.2气动式放气活门

气动式放气活门根据P2和Po空气压力自动控制活门的关闭和打开。放气活门控制部分有感受P2和Po的膜盒组，膜盒内部作用着P2空气压力，膜盒外部作用着Po空气压力，当P2/Po上升到调定值时，膜盒因伸长而关小薄膜控制腔的泄漏口，控制腔（节流嘴B下游）压力升高，薄膜左移关闭活塞腔（节流嘴A下游）的泄漏口，活塞腔内压力升高，活塞克服弹簧力下移，通过扇形齿轮将活门关闭。

3.3放气活门工作界限

放气活门关、开界限的检查要在飞行中进行，检查时应关闭所有空气引气开关，而且要缓慢地改变NG转速。

4喘振的原因及预防措施

4.1产生喘振的原因

喘振的根本原因是由于气流攻角过大，在叶背处发生分离而且这种气流分离扩展道整个叶栅通道。因此压气机叶栅完全失去扩压能力，不能将气流推向后方，克服后面较强的反压，由于流量急剧下降。不仅如此，由于动叶叶栅失去扩压能力，后面的高压气体可能倒流至前面。这样，压气机后面的反压降的很低，整个压气机流路这一瞬间变得通畅。

4.2喘振发生条件

喘振发生条件有：发动机转速减小而偏离设计值，相对速度的方向变陡，流量系数变小；压气机进口总温升高，热空气难以压缩，压气机增压比小于设计值；压气机空气流量骤然减小，如推油门过快，供油量增加过猛；发动机进口流场畸变；着陆滑跑速度低时仍用高反推；进气口结冰；发动机翻修质量差，外来物损伤，防喘机构工作不正常等。

4.3防喘措施

由于压气机是根据设计点的气动参数进行设计的，当工作在非设计状态时，各级的速度三角形和设计点不同，既是非设计点的参数与压气机的几何形状不协调，这时各级的流量系数大大偏离了设计值，造成气流攻角过大或过小，产生了喘振。

防喘的原理是压气机在非设计状态下通过一些措施也能保持与压气机几何形状相适应的速度三角形，从而使攻角不要过大或过小。防止压气机失速和喘振的方法常用放气活门、压气机静子叶片可调和采用多转子。

参考文献

[1]发动机维护手册.