发动机主动间隙控制系统的应用及发展趋势

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1、第40卷第6期2014年12月航空发动机AeroengineV01．40No．6Dec．2014发动机主动间隙控制系统的应用及发展趋势常智勇-，曲胜·，黎旭2(1．海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室，沈阳110015；2．中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：为了尽可能减少燃油消耗，并进一步降低使用成本和环境影响，航空发动机需要保持较高的整机效率。由于涡轮间隙严重影响涡轮效率，为消除其不利影响，分析了叶尖间隙形成和变化的机理及主要影响因素，重点综述了3种不同的主动间隙控制系统的控制方法及其技术特点，总结了主动间隙控制在提高整机效率、降低燃油消耗、减少排放、降低维

2、护费用等方面的巨大收益，并对主动间隙控制技术的关键技术和未来发展方向进行了讨论。认为国内需要认识到主动间隙控制技术的重要性并大力开展其关键技术研究。关键词：主动间隙控制；叶尖间隙；涡轮；整机效率；航空发动机中图分类号：V233．5+4文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2014．06．015ApplicationsandDevelopmentTrendofGasTurbineActiveClearanceControlSystemCHANGZhi—yon91，QUShen91，LIXu2(1．NavyConsumerRepresentat

3、iveOfficeofEngineinShenyang，Shenyang110015；2．AVICShenyangEngineDesignandResearchInstitute，Shenyang110015，China)Abstract：Inordertominimizefuelconsumption，redueeoperatingcostsandlowerenvironmentalimpaekturbofanenginesmustbeofhi出overallefficiency．Providedturbinetipclearancedramaticallyinfluence

4、dturbineefficiency，inordertoeliminatethenegativeinfluence，mechanismsoftipclearanceformationandvariationandrelevantmaininfluencefactorswereanalyzed．Threedifferentactiveclearancecontrol(ACC)systemswerereviewed．BenefitsofACCsystemsaresummarizedaslowerfuelconsumptions，lessemissionsandlowermainte

5、nancecostsduetoefficiencyimprovement．Furthermore，keytechnologiesofACCandthefuturedirectionswerealsodiscussed，AsaresulkACCtechnologyconsideredaskeyaspectofmodemgasturbineneedstobewellinvestigatedanddevelopedinChina．Keywords：activeclearancecontrol；tipclearance；turbine；overallefficiency；aemengi

6、ne；0引言当前，对于主流航空发动机厂商和用户而言，都面临一系列的技术挑战，特别是对于现代的民用发动机，要求满足性能及操作性、安全性、经济性、噪声与排放等实际要求⋯。因此，航空发动机设计和研究部门进行了大量研究，主要目的是提高发动机效率，延长其使用寿命，降低噪声和排放。对于轴流式航空发动机，涡轮叶栅内存在的复杂的3维、黏性非稳定流动产生气动损失，显著影响发动机效率【2j。因为，3维效应和离心力的作用，在燃气流道中产生二次流，导致涡轮转子叶片的缘板和叶尖位置生成马蹄形涡。又由于转子叶片的叶尖和静止的涡轮外环之间存在间隙，在转子叶片的压力面和吸力面存在较大的压差，导致叶尖存在明显的

7、燃气泄漏。上述现象均显著降低涡轮及整机效率。根据报道，叶尖间隙增加l％会导致涡轮效率下降1．5％t31。Wise—man等人(2001)证实，高压涡轮间隙每减少O．254mm可以使得燃油消耗率(SFC)降低1％，并且发动机排气温度降低10K，显著提高发动机寿命，此外，对减少NOx，CO以及CO：的排放的作用也相当可观141。Kawecki(1979)认为改善高压涡轮转子叶尖间隙可以降低发动机寿命期使用成本[51。合理控制叶尖间隙能带来巨大的经济收益，因此，各种间隙控制技术，尤其是主动间隙控制