關于航空渦輪軸發動機性能監測技術的思考

楊秀深

摘要：近幾年，我國航空技術不斷發展和進步，航空渦輪軸發動機性能成為了社會各界關注的焦點，由于結構本身錯綜復雜，工作狀態并不是非常穩定，因此，為了從根本上維護飛行過程的安全性，要對性能進行集中的監督和管理。本文對航空渦輪軸發動機性能監測技術進行了簡要分析，并對航空渦輪軸發動機組成結構、性能影響因素等展開討論，最后著重闡釋了航空渦輪軸發動機性能監測技術要點，旨在為相關部門建立評估提供依據。

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.

關鍵詞：航空渦輪軸發動機；性能監測；技術

Key words： aviation turboshaft engine；performance monitoring；technology

中圖分類號：V263 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0169-03

1 航空渦輪軸發動機性能監測技術概述

伴隨著航空事業的發展和進步，在現代航空發動機系統中，應用渦輪燃氣發動機較為普遍，為了有效維護航空安全性，要對系統的性能進行實時監督和測定，從而減少運行維護費用。基于此，相關部門制定了發動機健康管理系統，針對發動機的故障進行診斷和維護，主要是對數據管理項目、健康狀態、故障問題以及發動機實際使用年限等方面進行分析，能全面展開針對性的診斷機制。

1.1 傳統診斷

在傳統的發動機健康管理系統診斷過程中，主要的方法分為以下五種：

第一，磨損碎片分析，要對渦輪軸發動機的軸承、軸部件等磨損產生的碎片顆粒進行分析，主要是建立磁性碎屑觀測工作，能實現快速評估和設備運行趨勢預測。

第二，氣路性能分析，能將發動機的溫度、壓力以及轉速等參數和標準數值進行對比，利用傳感器技術予以測定，能有效預測相關元件的運行趨勢。

第三，外觀檢測，主要是借助液體滲透、渦流、超聲以及射線等非破壞性內外部檢測，能使用不同管道鏡予以測定。不僅能實現快速評估，也能借助技術經驗獲得分解能力。

第四，振動分析，要對振動特性進行監視，和基準值進行比較分析，利用傳感器予以判定，能實現快速評估。

第五，使用壽命分析，主要是借助蠕變和低周期性疲勞壽命檢測，應用傳感器能實現預測。

1.2 新興診斷

伴隨著技術的發展和進步，新興的發動機健康管理系統逐漸凸顯出優勢。一方面，利用靜電學測定，主要是監視發動機不同的區域，能形成碎片靜電特性管理，無論是進氣道碎片監視，還是尾噴口碎片監視等，都能整合傳感器技術對早期故障進行預警管理，從而有效判定故障的嚴重程度以及級別，建立健全針對性的機械維修管理機制，借助工作油路傳感器有效監視非金屬碎片。另一方面，無線探測技術，主要是在燃氣機的預定位置對無線信號進行監督，利用傳感器技術吸入碎片或者是故障等級較為嚴重的信息，從而分析潛在的振動監測。

2 航空渦輪軸發動機概述

2.1 組成結構

航空渦輪軸發動機主要是由進氣道、壓氣機、燃燒室、燃氣渦輪以及動力渦輪系統等組成。

在對不同元件氣動熱力參數進行分析的過程中，需要結合相關公式進行統籌處理。第一，進氣道出口參數為T2=T1，P2=P1σ1，其中，σ1表示的是進氣道的整體總壓恢復具體參數。第二，壓氣機所需功為NC=（W2-Wptcool-Wloss）（H3-H2），其中，Wptcool表示的是動力渦輪冷卻流量，H3表示的是出口氣體的比焓參數，H2表示的是進口氣體的比焓參數。第三，發動機性能參數為其中，F表示的中推力[1]。

2.2 性能影響因素

在研究相關性能監測技術的過程中，要對影響性能的參數和相關因素進行分析，確保能建構有效的處理和管控機制，維護處理機制的完整性。

第一，總壓比對性能的影響，對于整個發動機耗油率而言，總壓比一直會產生影響作用，主要是發動機耗油率和總壓比之間的比例關系，總壓比和耗油率形成反比例關系，總壓比升高反而會有效減少發動機運行成本。但是，較高的總壓比對于發動機整體設備處理和運行要求也較高。基于此，目前較為常見的渦輪發動機并不會設計較高的總壓比。

第二，燃氣渦輪進口溫度，在對相關參數進行分析的過程中，對航空渦輪軸發動機燃氣渦輪進口溫度予以判定，能有效改變發動機的輸出功率，其基本結構呈現出線性增長的態勢。也就是說，溫度低的發動機輸出功率低，就會增加迎風面積，發動機在不斷增重的情況下，也會出現發動機性能下降的問題，主要是對發動機壽命產生影響，甚至會加速發動機性能退化進程，造成安全隱患。

第三，發動機部件效率也會對發動機性能產生影響，除此之外，燃燒室總壓恢復系數、發動機內部部件機械效率參數以及進氣道與渦輪之間連接管道總壓恢復系數等，都是影響發動機性能的相關參數，要對其進行集中分析，判定相關參數信息。

2.3 穩態模型

要對燃氣渦輪進口流量、動力渦輪進口流量、微噴管實際流量以及燃氣渦輪軸功率等進行全面分析。利用W4-W3-Wf=0、ηJGTNGT-NC-NEX=0等對相關參數予以分析和判定，從而建立穩態工作方程。另外，要利用穩態仿真流程圖（圖2）進行系統分析，能在維持仿真精度的同時，對不同穩態模型的參數予以關注。

2.4 動態模型

結合公式和fi（nc，πc，πGT，πPT）（i=1，2，3）建立多元非線性代數方程，對相關動態特性參數進行分析。結合健康管理的角度對相關問題進行分析，則能結合實際工作發動機的使用壽命和性能需求進行輸出數值的分析和判定，建立精確有效的處理工作措施，從系統和控制的可靠性出發，結合框架分析工作狀態和健康參數[2]。

3 航空渦輪軸發動機性能監測流程

3.1 渦輪監測

在對渦輪進行集中監督和管理的過程中，要對渦輪的退化進行集中分析，其退化主要體現在導向器出現了泄漏問題以及葉尖間隙逐漸增大等問題，結合相關現象分析能有效預測出渦輪性能的退化問題，并且結合實際情況建構完整的處理機制和管控措施。另外，在對其性能退化結構予以全面整合的同時，也能了解造成退化的原因，主要是積垢導致的腐蝕問題，灰塵沒有及時清除或者是燃燒物出現了堆積，就會對性能造成嚴重的影響。基于此，相關監督人員就要對其進行集中分析，針對可能存在的問題予以監督和管控，確保相關問題能得到有效解決，以保證監督效果能為設備后續工作提供保障。

3.2 壓氣機監測

在實際應用過程中，造成壓氣機出現性能退化的主要因素和渦輪結構較為相似，由于葉片型面出現變化，加之灰塵的堆積也會造成機匣出現偏離問題。若是此時燃油流路逐漸減少，對壓氣機的效率也會產生制約，效率不足就會對整體運行質量形成惡劣的影響。需要注意的是，砂石之間的摩擦和海水蒸汽都會導致導向器受到制約，整體質量參數不能滿足實際需求，也會對整個設備的運行造成制約。因此，為了有效避免壓氣機葉片出現松動，維護流路的處理和運行效果，要從根本上維護其實際運行效率，就要對可能造成系統故障的問題進行逐一排查和綜合性處理。

3.3 燃燒室監測

對于航空渦輪軸發動機而言，燃燒室是十分關鍵的設備，因此，其若是發生退化，也會導致整體運行質量受到制約。一般而言，燃燒室的退化主要是燃燒程度和燃燒情況的制約，結合設計燃燒室燃燒效率參數，維護燃燒效率的基礎上，能減少性能退化產生的問題。需要注意的是，若是經過固定的設計項目，能有效控制燃燒室的效率和燃燒情況，然而燃料會對其性能形成影響，需要研究人員著重關注[3]。

4 結束語

總而言之，航空渦輪軸發動機監測項目運行過程中，為了提升其飛行安全性，要對基礎保障機制予以全程監督和管理，從根本上整合發動機部件的相關參數，尤其是針對復雜的結構和屬性，展開深度的監督和管理，一定程度上維護發動機的健康和安全，有效減少相關成本費用和維修費用，促進航空事業的可持續發展。

參考文獻：

[1]李耀華，左洪福，劉鵬鵬，等.某型航空渦輪軸發動機尾氣靜電監測探索性實驗[J].航空學報，2015，31（11）：2174-2181.

[2]張浙波.對航空渦輪軸發動機性能監測技術探索[J].科技風，2016（09）：29.

[3]蔡建斌，尹澤勇，熊焰，等.一種確定燃氣渦輪軸發動機起動最小所需扭矩的工程方法[J].航空動力學報，2015，20（05）：736-739.