发动机喘振故障浅析

芮刚

(中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,辽宁沈阳 110043)

发动机喘振故障浅析

芮刚

(中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,辽宁沈阳 110043)

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,即“前拥后堵”。出口总压力脉动的波幅可达喘振点上压气机总压升高的75%,流量和速度也出现大幅度的脉动。本文对发动机发生喘振时的故障现象及发动机防喘、消喘系统的工作原理作出了简要的阐述和分析。

喘振 防喘 消喘

1 发动机喘振原因分析

发动机设有防喘和消喘两种机制。防喘系统通过一系列防喘措施使发动机避免进入喘振状态，提高发动机的稳定工作范围。消喘系统通过“减少进气、排气、切油”等措施使发动机脱离喘振状态。

安装在高压压气机第9级整流叶栅通道的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。如图1所示。

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。本文仅讨论发动机确实发生喘振的情况。

2 发动机的防喘措施

设计发动机时通常采用以下方法防止喘振：①压气机中间级放气(对于增压比在10以上的多级压气机，防喘效果不明显)；②可转动的进口导流叶片和整流器叶片；③可变进口通道面积；④双轴(双转子)压气机。

3 消喘、防喘系统组成及工作原理

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。防喘系统的功用是当发射导弹(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。

以下简要介绍消喘系统的系统组成和工作过程。

消喘系统包括发动机综合调节中的防喘保护装置、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。

空气压力传感器将高压压气机(九级)后的空气总压(P02)和静压(P2)输送给喘振信号器。当压差？Pck发生变化时，喘振信号器的输出电压也随之改变，该输出电压被传输到综合调节器的防喘保护机构。

综合调节器通过逻辑判断发出指令到执行装置和起动自动器。

3.1 预防喘振组件

图1 发动机消喘系统的工作原理简图

当发射导弹时，从飞机电路传来的+27伏电压作用到标准器上，形成K2指令，并经时间给定网络延时(4±0.5)秒(从最后一次接到“发射武器按钮”指令算起)，分五路传输到以下组件：第一路到进气道控制系统(APB)，放下调节板，减小发动机的空气流量；第二路是到加力控制与信号组件(ВУФ)，如果发动机在加力状态则进行加力遭遇起动；第三路是到低压压气机进口导流叶片调节通道(им 8)；第四路是到或门；第五路是到功率放大器，作用到им2上，是发动机的几何通道产生作用，提高稳定裕度，另外，从功放输出的信号，还传输到或门上，并经过时间给定网络保持(8±1.6)秒，驱动自动装置(АПД)工作，发动机进入起动状态。

3.2 消除喘振组件

发动机发生喘振时，高压压气机后的脉动空气压力，经喘振信号器传输到ΔPck测量器，从ΔPck测量器输出的信号分成五路，第一路到T4*燃气温度调节通道，用以补偿热电偶的惯性；第二路到喘振信号器检查电路，如果Pck测量器的输出电压为零，则喘振信号器检查电路输出信号到РТГ，并关闭开关电路，切断消喘系统；第三路到带通滤波器，检查信号的脉动分量ΔPck.П；第四路到低频滤波器和生成器，监测信号的直流分量ΔPck.cp；第五路到匹配装置，传输到发动机地面检查记录仪КЗА。

从带通滤波器和低频滤波器出来的信号送入A值测量器，形成A值输往时间给定网络。当n2＜85%时，K1指令被延迟(0.125±0.025)秒输出；n2≥85%，“K1”指令信号延迟0.05秒后输出；“K1”指令信号解除后，延迟(0.225±0.025)秒消失。从时间给定网络出来的信号分成两路，一路输往与门，与n2≥35%信号一起输往监控告警系统和机载参数记录系统；一路与T4*调节通道来的发动机超温信号一起输往或门。从或门出来的信号也分成两路，一路和n2≥35%信号一起经与门，输往加力自动节流系统，协调双发推力，避免一侧推力过大，造成飞机操作困难；一路与载有n2≥35%信号，H＞2000米或M＞0.65的与门15的输出信号一起，输往与门，从与门输出的信号分成三路，一路输到加力控制与信号组件(ВУФ)，和低压压气机进口导流叶片调节通道(PHA)；一路经时间给定网络，功率放大器，将K1指令输给飞行前检查组件(ВПК)，电磁活门(им4)，进气道自动调节器(АРВ)和或门；第三路到或门，与来自T4*调节通道得起动超温信号一起输往时间给定网络，经过功率放大器，到飞行前检查组件(ВПК)，电磁活门(им3)和或门，从或门出来的信号用于对发动机进行遭遇起动。

[1]呼万丰.《苏二七飞机发动机构造与维护》.中国人民解放军空军装备部,2006.

[2]廉小纯,吴虎.《航空燃气轮机原理上册》.国防工业出版社,2001.