关于航空涡轮轴发动机性能监测技术的思考

杨秀深

摘要：近几年，我国航空技术不断发展和进步，航空涡轮轴发动机性能成为了社会各界关注的焦点，由于结构本身错综复杂，工作状态并不是非常稳定，因此，为了从根本上维护飞行过程的安全性，要对性能进行集中的监督和管理。本文对航空涡轮轴发动机性能监测技术进行了简要分析，并对航空涡轮轴发动机组成结构、性能影响因素等展开讨论，最后着重阐释了航空涡轮轴发动机性能监测技术要点，旨在为相关部门建立评估提供依据。

Abstract： In recent years， China's aviation technology has continuously developed and advanced. The performance of aviation turboshaft engines has become the focus of attention of all sectors of society. Because the structure itself is intricate and complex， the working state is not very stable. Therefore， in order to fundamentally maintain the safety of the flight process， it is necessary to conduct centralized supervision and management of performance. This article briefly analyzes the performance monitoring technology of aviation turboshaft engines， and discusses the influencing factors of the composition and performance of aviation turboshaft engines. Finally， it highlights the key points of aviation turboshaft engine performance monitoring technology and aims to provide reference for related departments to establish assessments.

关键词：航空涡轮轴发动机；性能监测；技术

Key words： aviation turboshaft engine；performance monitoring；technology

中图分类号：V263 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）17-0169-03

1 航空涡轮轴发动机性能监测技术概述

伴随着航空事业的发展和进步，在现代航空发动机系统中，应用涡轮燃气发动机较为普遍，为了有效维护航空安全性，要对系统的性能进行实时监督和测定，从而减少运行维护费用。基于此，相关部门制定了发动机健康管理系统，针对发动机的故障进行诊断和维护，主要是对数据管理项目、健康状态、故障问题以及发动机实际使用年限等方面进行分析，能全面展开针对性的诊断机制。

1.1 传统诊断

在传统的发动机健康管理系统诊断过程中，主要的方法分为以下五种：

第一，磨损碎片分析，要对涡轮轴发动机的轴承、轴部件等磨损产生的碎片颗粒进行分析，主要是建立磁性碎屑观测工作，能实现快速评估和设备运行趋势预测。

第二，气路性能分析，能将发动机的温度、压力以及转速等参数和标准数值进行对比，利用传感器技术予以测定，能有效预测相关元件的运行趋势。

第三，外观检测，主要是借助液体渗透、涡流、超声以及射线等非破坏性内外部检测，能使用不同管道镜予以测定。不仅能实现快速评估，也能借助技术经验获得分解能力。

第四，振动分析，要对振动特性进行监视，和基准值进行比较分析，利用传感器予以判定，能實现快速评估。

第五，使用寿命分析，主要是借助蠕变和低周期性疲劳寿命检测，应用传感器能实现预测。

1.2 新兴诊断

伴随着技术的发展和进步，新兴的发动机健康管理系统逐渐凸显出优势。一方面，利用静电学测定，主要是监视发动机不同的区域，能形成碎片静电特性管理，无论是进气道碎片监视，还是尾喷口碎片监视等，都能整合传感器技术对早期故障进行预警管理，从而有效判定故障的严重程度以及级别，建立健全针对性的机械维修管理机制，借助工作油路传感器有效监视非金属碎片。另一方面，无线探测技术，主要是在燃气机的预定位置对无线信号进行监督，利用传感器技术吸入碎片或者是故障等级较为严重的信息，从而分析潜在的振动监测。

2 航空涡轮轴发动机概述

2.1 组成结构

航空涡轮轴发动机主要是由进气道、压气机、燃烧室、燃气涡轮以及动力涡轮系统等组成。

在对不同元件气动热力参数进行分析的过程中，需要结合相关公式进行统筹处理。第一，进气道出口参数为T2=T1，P2=P1σ1，其中，σ1表示的是进气道的整体总压恢复具体参数。第二，压气机所需功为NC=（W2-Wptcool-Wloss）（H3-H2），其中，Wptcool表示的是动力涡轮冷却流量，H3表示的是出口气体的比焓参数，H2表示的是进口气体的比焓参数。第三，发动机性能参数为其中，F表示的中推力[1]。

2.2 性能影响因素

在研究相关性能监测技术的过程中，要对影响性能的参数和相关因素进行分析，确保能建构有效的处理和管控机制，维护处理机制的完整性。

第一，总压比对性能的影响，对于整个发动机耗油率而言，总压比一直会产生影响作用，主要是发动机耗油率和总压比之间的比例关系，总压比和耗油率形成反比例关系，总压比升高反而会有效减少发动机运行成本。但是，较高的总压比对于发动机整体设备处理和运行要求也较高。基于此，目前较为常见的涡轮发动机并不会设计较高的总压比。

第二，燃气涡轮进口温度，在对相关参数进行分析的过程中，对航空涡轮轴发动机燃气涡轮进口温度予以判定，能有效改變发动机的输出功率，其基本结构呈现出线性增长的态势。也就是说，温度低的发动机输出功率低，就会增加迎风面积，发动机在不断增重的情况下，也会出现发动机性能下降的问题，主要是对发动机寿命产生影响，甚至会加速发动机性能退化进程，造成安全隐患。

第三，发动机部件效率也会对发动机性能产生影响，除此之外，燃烧室总压恢复系数、发动机内部部件机械效率参数以及进气道与涡轮之间连接管道总压恢复系数等，都是影响发动机性能的相关参数，要对其进行集中分析，判定相关参数信息。

2.3 稳态模型

要对燃气涡轮进口流量、动力涡轮进口流量、微喷管实际流量以及燃气涡轮轴功率等进行全面分析。利用W4-W3-Wf=0、ηJGTNGT-NC-NEX=0等对相关参数予以分析和判定，从而建立稳态工作方程。另外，要利用稳态仿真流程图（图2）进行系统分析，能在维持仿真精度的同时，对不同稳态模型的参数予以关注。

2.4 动态模型

结合公式和fi（nc，πc，πGT，πPT）（i=1，2，3）建立多元非线性代数方程，对相关动态特性参数进行分析。结合健康管理的角度对相关问题进行分析，则能结合实际工作发动机的使用寿命和性能需求进行输出数值的分析和判定，建立精确有效的处理工作措施，从系统和控制的可靠性出发，结合框架分析工作状态和健康参数[2]。

3 航空涡轮轴发动机性能监测流程

3.1 涡轮监测

在对涡轮进行集中监督和管理的过程中，要对涡轮的退化进行集中分析，其退化主要体现在导向器出现了泄漏问题以及叶尖间隙逐渐增大等问题，结合相关现象分析能有效预测出涡轮性能的退化问题，并且结合实际情况建构完整的处理机制和管控措施。另外，在对其性能退化结构予以全面整合的同时，也能了解造成退化的原因，主要是积垢导致的腐蚀问题，灰尘没有及时清除或者是燃烧物出现了堆积，就会对性能造成严重的影响。基于此，相关监督人员就要对其进行集中分析，针对可能存在的问题予以监督和管控，确保相关问题能得到有效解决，以保证监督效果能为设备后续工作提供保障。

3.2 压气机监测

在实际应用过程中，造成压气机出现性能退化的主要因素和涡轮结构较为相似，由于叶片型面出现变化，加之灰尘的堆积也会造成机匣出现偏离问题。若是此时燃油流路逐渐减少，对压气机的效率也会产生制约，效率不足就会对整体运行质量形成恶劣的影响。需要注意的是，砂石之间的摩擦和海水蒸汽都会导致导向器受到制约，整体质量参数不能满足实际需求，也会对整个设备的运行造成制约。因此，为了有效避免压气机叶片出现松动，维护流路的处理和运行效果，要从根本上维护其实际运行效率，就要对可能造成系统故障的问题进行逐一排查和综合性处理。

3.3 燃烧室监测

对于航空涡轮轴发动机而言，燃烧室是十分关键的设备，因此，其若是发生退化，也会导致整体运行质量受到制约。一般而言，燃烧室的退化主要是燃烧程度和燃烧情况的制约，结合设计燃烧室燃烧效率参数，维护燃烧效率的基础上，能减少性能退化产生的问题。需要注意的是，若是经过固定的设计项目，能有效控制燃烧室的效率和燃烧情况，然而燃料会对其性能形成影响，需要研究人员着重关注[3]。

4 结束语

总而言之，航空涡轮轴发动机监测项目运行过程中，为了提升其飞行安全性，要对基础保障机制予以全程监督和管理，从根本上整合发动机部件的相关参数，尤其是针对复杂的结构和属性，展开深度的监督和管理，一定程度上维护发动机的健康和安全，有效减少相关成本费用和维修费用，促进航空事业的可持续发展。

参考文献：

[1]李耀华，左洪福，刘鹏鹏，等.某型航空涡轮轴发动机尾气静电监测探索性实验[J].航空学报，2015，31（11）：2174-2181.

[2]张浙波.对航空涡轮轴发动机性能监测技术探索[J].科技风，2016（09）：29.

[3]蔡建斌，尹泽勇，熊焰，等.一种确定燃气涡轮轴发动机起动最小所需扭矩的工程方法[J].航空动力学报，2015，20（05）：736-739.