航空發動機進氣畸變實驗方法研究

劉作宏 何志強 許光磊 閆衛青

摘? 要：為研究航空發動機進氣畸變實驗方法，對實驗裝置和測試方案、實驗方案進行了研究，采用插板式畸變發生裝置，對進氣道測點合理布置，使用恰當的數據處理方法，得到了不同轉速下不同插板深度產生的壓力畸變強度。采用綜合指數法對數據進行分析，結果表明，一定轉速下綜合畸變指數與插板深度正相關，綜合畸變指數在插板深度0.15前增速慢，0.15～0.3增速快，綜合畸變指數隨轉速增加而增加，轉速越低，達到相同綜合畸變指數所需插板深度越深。

關鍵詞：航空發動機? 進氣畸變? 綜合畸變指數? 實驗

中圖分類號：V231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2020）09（c）-0068-03

Abstract： In order to study the experimental method of aero-engine inlet distortion， the experimental device， the test scheme and the experimental scheme are studied. The insertion plate type distortion generator is used to reasonably arrange the inlet measuring points， and the proper data processing method is used， the pressure distortion strength at different speed and different plug-in depth is obtained. The data was analyzed by the comprehensive index method. The results showed that the comprehensive distortion index had a positive correlation with the inserting plate depth under a certain rotating speed. The comprehensive distortion index increased slowly before the inserting plate depth was 0.15， and increased quickly from 0.15 to 0.3， the composite distortion index increases with the increase of rotating speed， and the lower the rotating speed is， the deeper the inserting plate is needed to reach the same composite distortion index.

Key Words： Aeroengine; Intake distortion; Comprehensive distortion index; Experiment

發動機在使用過程中常遇到的問題之一是壓縮系統的氣動不穩定性，可能導致發動機失控、推力下降、喘振、超溫、機械損傷等惡果，嚴重影響使用[1]。國軍標要求：發動機工作包線內發動機所允許的最嚴重畸變情況、進氣畸變對發動機性能和喘振裕度的影響，在規定的穩態進氣畸變或隨時間變化的進氣畸變及S型進氣道出口旋流條件下，發動機在整個工作包線內工作應無失速、喘振、熄火或任何機械損傷。

周游天[2-4]采用實驗方法，研究了插板對壓氣機性能和穩定性的影響，明確了軸向速度畸變和周向速度畸變影響了壓氣機性能，分析了插板式進氣畸變條件下壓氣機失速機理。工程實踐中，常采用綜合指數法對發動機總壓畸變進行研究?？椎蟍5]對某型航空發動機進行了進氣壓力畸變實驗研究，獲得了進氣畸變條件下選取實驗點的發動機臨界畸變指數及相關氣動參數的極限值。程邦勤等人[6]采用了綜合指數法獲得了某型發動機壓力畸變敏感系數。張興發[7]等人通過插板實驗進行了低速、高亞聲速、跨聲速軸流壓氣機與畸變發生器耦合數值模擬仿真，插板角渦對轉子葉頂泄漏渦的擾動是影響高亞聲速壓氣機穩定邊界的重要原因。中國發動機公司評定思想是利用畸變指數衡量流場的畸變程度[8]。王嘉瞳[9]對進氣畸變變循環發動機進行了進氣畸變研究，發現在一定范圍內，軸向長度越長，俯仰角度越小，變循環發動機的抗畸變能力越強，通過這種調節方式，可以在一定程度上提高其穩定性。

該文采用插板式壓力畸變發生器，以某型發動機作為被試品，研究了不同發動機狀態下的壓力損失及綜合畸變指數，進一步豐富了插板產生畸變的實驗方法內涵。

1? 實驗裝置和測試方案

1.1 實驗裝置

該文畸變發生裝置為插板式壓力畸變發生器，裝置采用液壓控制，上位機主控，采用單獨大功率液壓站，插板有效行程為0～1100mm，可控制插板停留到任何中間位置或控制插板按指定速度移動，移動速度可以在Vmin和Vmax之間任意變化，其中Vmin≤2mm/s，Vmax≥180mm/s，控制精度在±1.5mm以內，無明顯超調。畸變發生裝置可接收喘振監測裝置信號，喘振發生時，立即控制插板無條件地以最大移動速度（或指定速度）縮退到指定位置。