多级压气机失速信号的分析方法

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1、、，7一乞机，II(＼—／1992年航空发动机第3期多级压气机失速信号的分析方法塑、／、t／{摘要本文运用多级压气机旋转失速研究成果，对压气机部件试验和发动机试车中测量的压力脉动信号进行分析、提出了判断压气机的失速部位、失速特征及预估压气机对扰动衰减能力的方法介鲴了测量失速团鼓的方法。作为一种诊断技术，上述方法为压气机改进设计提供了有益的信息。符号表P静压Pa△P静压升Paf频率HZn转速r／sZ失速团数P密度u转子切线速度m／s西轴1匈速度系数D平均直径mn相对转速a音速m／sAc流通截面积mLc压气机长度mBB参数T温度

2、K△T温升Kt时间差s8传感器间周向夹角。l引言随着现代战斗机机动性要求的不断提高，对发动机在飞行包线范围内的稳定性要求越来越高，所以研究喘振旅转失速成为目前国际航空发动机界的重要课题之一。从40年代首次观察到压气机的旋转失速、喘振现象至今，经过几十年的摸索和研究，现在从理论上解释和描述这种不稳定流动现象，进而在试验中把握其规律性已经不是非常困难的问题。从工程实际需要的角度出发，迫切要求理论痢试验结合，从中发现一些难以直接观察到的问题，为改进设计提供依据。用动态压力传感器监铡压气机部件试验和发动机试车是一种非常有用的手段，测

3、得的压力脉动信号包含了不稳定流动的丰富信息，为理论分析提供了必要条件。本文总结了运用旋转失速及喘振理论对压力脉动信号进行分析的要点。包括判断首先失速级，叶片断裂故障分析，判断衰减扰动的能力和防喘等同题。本分析仅是初步研究成果，有待进一步深入，以便从中抗出更系统的方祛并积累成经验库。本文1992年1月z2日收到l71992矩航空发动机第3期2判断多级压气机的首先失速级多级压气机进入喘振的次序是(I]：局部气流分离一局部旋转失速一喘振或全台旋转失速。只要柑压气机流路外壁遥级布置铡点，井同时记录，则寸以述过程进行监测，这样只要找到

4、最先发生局部气流分离或局部旋转失速的那个铡点，就确定了首先失速级。不论是局部气流分离还是局部旋转失速，其表现都是压力脉动明显增大，井出现频率从几十赫芝到几百赫芝的周期或准周期信号。图1是多级压气机部件试验时爰I得的喘振信号，喘振时的压力脉圈l压气机■攮时的信号动信号额率约为l0Hz：图2是其进入喘振前记录的压力脉动信号。由P图2可见第l级前的和第3级的P3都非常平稳．搜有明显的失速：而P2却发生了较强的脉动，且主要的额率约70Hz，所以第2级铡点处存在局部气流分离残失速。这个结果与文献(2)一致。3旋转失速引起圈z压气机进■

5、前的信号转、静子叶片共振的条件如图3所示，旋转失速以转速nsta．1J旋转，且有z团，则在绝对坐标系中观察失速频率是ftQsts；·z当这个频率与静子叶片固有频率重台时则静子叶片发生共振。在转子坐标系中，转子的转速为11r时，失速额率为1992芷航空发动机第8期ft=(nr—IIstiII)‘Z(1)当这个频率与转子叶片或盘一叶片系统固有频率重合时，将激起共振。由上述可见，确定共振条件的关键是必须知道失速圃数z和失速恩嘲自传播转遵‰-II。Z和n．t．II可以馕I量．也可以按下式估计[羽。卜nlt1]I)}其中常数A由部件试

6、验确定，然后在发动机上测量的压力脉动信号频率f必须满足下式，fll=n-t^I1一Zr3)联立(2)和(3)式，解两个未知数Z和II·L·II，由l于z必须是整数，所以解得不是整数的Z就对应两个可能的整数结果。表l是某发动机转子叶片断裂故障的分析结果。其中r动囊是计算的叶片固有频率。从表l可见，计算得到的失速团数计算=7．5l不是整数，取整数有2种可能。其中Z：8团时失速澈振频率与叶片的固有频率重合，所以有很大的可能是旋转失速诱发的叶片共振造成了断裂故障。估算的旋转失速团数Z=7—8团与实铡结田3旋转失遗示意圈果一致。寰1．

7、发动机叶片共振分析结果f*-AZ鼻n-tlff自_795．7485．165o670165—0．5657．5lB83．8649．6B704估计压气机衰减扰动的能力+压气机的动态特性可以在一定程度上用动态延迟系数f表示．f定义如下：：F(雪卜f雪(4)÷PU2ZF(雪)是压气机的静态特性，fm是动态部分。一般f>0，这时f趣大，则衰减扰动的能力越大。当f<0时，一般对应发生多团(3团以上)旋转失速，而多团旋转失速是渐变型的，说明压气机的特性线很平坦，这时压气机衰减扰动的能力很差，甚至可能会放大扰动。f由下式计算(8]。1992正

8、航墼发动机第3桶常数×(5)l一12×)nr可以用压力脉动的旋转戋速信号确定rnst·【／n)和Z．然后由(5)式求f值。周向流场畸变可以看成是一种扰动，所以可用该方j去在没有做畸变试验之前粗略判定压气机衰减周向畸变的能力。对三种压气机的压力脉动信号用上式计算得f值见表2。表2f值计算结果