基于T41和T45关系的涡轴发动机性能分析

杨洋 宋敏娜

摘 要：涡轴发动机燃气涡轮转子进口温度T41是制约整机寿命的关键因素，一般情况下T41和T45有确定的对应关系。本文基于T41和T45关系变化，对某涡轴发动机重装后性能差异大的原因进行了分析，评估认为压气机导叶角度偏离设计值、燃烧室出口温度场恶化导致同转速下T45升高40℃。基于T41和T45关系变化的整机性能数据分析方法可分析部件性能变化，为其他涡轴发动机整机性能分析提供参考。

关键词：涡轴发动机;燃气涡轮;温度场

中图分类号：V235.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0083-02

0 引言

涡轴发动机燃气涡轮转子进口温度T41对发动机寿命影响非常大，美军标JSSG-2007[1]明确规定将T41作为发动机状态定义的参数之一。一般情况下，涡轴发动机T41和T45有确定的对应关系，整机试验中T45可通过热电偶测量获取，而由于结构布局难以实现和气流温度较高等因素，整机试验中无法直接测量燃气涡轮转子进口温度T41。本文采用气体焓法由试验数据推导出T41，分析影响T41和T45关系的因素，评估燃烧室和涡轮的部件性能，进而分析某型涡轴发动机性能差异原因。

1 气体焓法计算T41

某涡轴发动机由带可调导叶的压气机、燃烧室、燃气涡轮和动力涡轮等组成，具体截面划分见图1，涡轮内部截面划分见图2。

3.2 试验T45和T41关系变化分析

表1可知动力涡轮导向器面积关小1%或燃气涡轮导向器面积开大1%，同T41下T45上升2.5℃，且发动机并未更换相关零件，因此可排除燃气涡轮和动力涡轮导叶面积的影响;燃气涡轮效率下降1%，同T41下T45上升5℃，同功率下耗油率会上升1%，而试验结果表明同功率下耗油率基本不变，因此可排除燃气涡轮效率的影响。

由于影响T41和T45关系的因素均被排除，因此认为调整燃烧室喷嘴位置后，燃烧室出口温度场变化导致T45热电偶感受的温度升高，比实际的截面平均温度高20℃。燃烧室部件试验表明周向温度分布系数OTDF、径向温度分布系数RTDF分别增大了1.22%、9.23%，验证了燃烧室出口温度场分布发生恶化。

3.3 匹配计算

基于上述分析认为燃烧室温度场恶化导致T45测试温度上升了20℃左右，对T45进行20℃修正，单独考虑压气机流量增大2.3%，同转速下各参数计算结果见表2，各参数基本吻合。该涡轴发动机采用了可调导叶，受装配影响，两次装配进口导叶角度偏差较大，重新装配时增大了压气机进口截面积，使压气机进口换算流量增加。为维持燃气发生器转子转速不变，控制系统增加燃油流量，引起燃烧室出口温度升高，燃气涡轮出口气流可用功增加，发动机功率增大。

综合评估认为压气机导叶角度偏差、燃烧室出口温度场恶化导致同转速下测量T45升高40℃，压气机和燃烧室基本各占一半影响。

4 结语

以T41和T45关系为指导，对某涡轴发动机性能差异大的原因进行了分析，综合评估认为压气机流量增加2.3%、燃烧室出口温度场恶化导致同转速下测量T45升高40℃，压气机和燃烧室基本各占一半影响。

压气机流量增大与受装配影响的压气机导叶安装角有关。

基于T41和T45关系变化的整机性能数据分析方法适用于分析涡轴发动机部件性能变化。

参考文献

[1] 航空涡喷涡扇涡轴涡桨发动机联合使用规范指南（JSSG-2007A）.于宏军，代冰，张華译[S].2007.

[2] ArthurH.Lefebvre， Dilip R.Ballal. Gas Turbine Combustion （3rd edition）[M]. Boca Raton：CRC Press，2010.