航空发动机进气畸变实验方法研究

刘作宏 何志强 许光磊 闫卫青

摘  要：为研究航空发动机进气畸变实验方法，对实验装置和测试方案、实验方案进行了研究，采用插板式畸变发生装置，对进气道测点合理布置，使用恰当的数据处理方法，得到了不同转速下不同插板深度产生的压力畸变强度。采用综合指数法对数据进行分析，结果表明，一定转速下综合畸变指数与插板深度正相关，综合畸变指数在插板深度0.15前增速慢，0.15～0.3增速快，综合畸变指数随转速增加而增加，转速越低，达到相同综合畸变指数所需插板深度越深。

關键词：航空发动机  进气畸变  综合畸变指数  实验

中图分类号：V231                             文献标识码：A                   文章编号：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

发动机在使用过程中常遇到的问题之一是压缩系统的气动不稳定性，可能导致发动机失控、推力下降、喘振、超温、机械损伤等恶果，严重影响使用[1]。国军标要求：发动机工作包线内发动机所允许的最严重畸变情况、进气畸变对发动机性能和喘振裕度的影响，在规定的稳态进气畸变或随时间变化的进气畸变及S型进气道出口旋流条件下，发动机在整个工作包线内工作应无失速、喘振、熄火或任何机械损伤。

周游天[2-4]采用实验方法，研究了插板对压气机性能和稳定性的影响，明确了轴向速度畸变和周向速度畸变影响了压气机性能，分析了插板式进气畸变条件下压气机失速机理。工程实践中，常采用综合指数法对发动机总压畸变进行研究。孔迪[5]对某型航空发动机进行了进气压力畸变实验研究，获得了进气畸变条件下选取实验点的发动机临界畸变指数及相关气动参数的极限值。程邦勤等人[6]采用了综合指数法获得了某型发动机压力畸变敏感系数。张兴发[7]等人通过插板实验进行了低速、高亚声速、跨声速轴流压气机与畸变发生器耦合数值模拟仿真，插板角涡对转子叶顶泄漏涡的扰动是影响高亚声速压气机稳定边界的重要原因。中国发动机公司评定思想是利用畸变指数衡量流场的畸变程度[8]。王嘉瞳[9]对进气畸变变循环发动机进行了进气畸变研究，发现在一定范围内，轴向长度越长，俯仰角度越小，变循环发动机的抗畸变能力越强，通过这种调节方式，可以在一定程度上提高其稳定性。

该文采用插板式压力畸变发生器，以某型发动机作为被试品，研究了不同发动机状态下的压力损失及综合畸变指数，进一步丰富了插板产生畸变的实验方法内涵。

1  实验装置和测试方案

1.1 实验装置

该文畸变发生装置为插板式压力畸变发生器，装置采用液压控制，上位机主控，采用单独大功率液压站，插板有效行程为0～1100mm，可控制插板停留到任何中间位置或控制插板按指定速度移动，移动速度可以在Vmin和Vmax之间任意变化，其中Vmin≤2mm/s，Vmax≥180mm/s，控制精度在±1.5mm以内，无明显超调。畸变发生装置可接收喘振监测装置信号，喘振发生时，立即控制插板无条件地以最大移动速度（或指定速度）缩退到指定位置。