主动间隙控制技术简介

主动间隙控制技术

T来提高发动机的性在进行航空发动机性能设计时,经常会陷入一个死循环:通过提高*

3

能,涡轮温度提高,需要更多的冷却空气,则从压气机抽出的气体多,空气流量下降,性能降低,为了解决这样的问题,采用主动间隙控制技术.

主动间隙控制技术,即减小高压涡轮的叶尖间隙,减小损失的气流量,使尽可能多的燃气对涡轮做功,提高燃气利用率,从而提高发动机的性能.

若装配时减小间隙,则地面试车时,叶片受离心力拉长,可能打到机匣,起动降落时就会很危险,需要扩大间隙,在巡航状态时,则缩小间隙,提高性能.

间隙控制的实现方式及所存在的难点:

(一):轴的偏转,需要采用空气/磁悬浮轴承,技术难度较大,同时,由于使用偏心结构,振动较大,对薄壁刚性轴的变形分析与设计的要求很高.

(二):机匣平移,需要采用摇臂结构,难点在于:平移机匣的结构设计(重量增加),流道面积变化下的性能匹配(效率,推力).

(三):机械式机匣变形,弹簧与压力平衡的问题需要格外关注,弹簧学,机械式推进结构的设计,变形机匣的结构设计,各腔之间的压力平衡设计.

(四):热响应式机匣变形,热响应,热平衡,记忆金属,记忆金属的选择与训练,变形机匣的结构设计,加温/冷却空气的热平衡设计.

叶尖间隙的测量技术:

压气机的叶尖间隙,通电,电感,电容,(若叶片为复合材料,则不能采用通电的方法).

涡轮的叶尖间隙,光学测量(燃气不纯净,折射),电方法(燃气中带电颗粒多,影响因素多).

被动控制:CFM56 2/3,A320.

半主动控制:(开环)V2500,空客,150座左右.

主动控制:(闭环)若叶尖有磨损,则间隙变大,损失会变大很多.

国内对于主动间隙控制技术的研究现状:南京航空航天大学在全国处于领先水平,采用半主动控制技术(基于可控热变形),重视叶尖间隙的测量,核心问题在于空气系统的热分析,科学的顶层设计是保障.

保持叶尖接触,没有间隙,采用石墨材料,刮掉涂层,采用封严齿.

我的感受与体会:控制叶尖间隙可以减少燃气流量的损失,提高燃气利用率,增强涡轮的做功能力,从而能够提高发动机的性能,由于涡轮处温度非常高,叶片及各部件均处在极其恶劣的工作条件下,因而间隙控制的难点在于涡轮叶片的叶尖间隙控制,对于这样一项精确性要求极高的操作,需要有非常好的材料保障和工艺支持,此外,间隙的测量也是个重点,国内目前的主流是基于可控热变形的半主动控制,南京航空航天大学在这方面处于国内领先水平,主动间隙控制技术的研究可以用较小的设计制造成本获得非常巨大的性能提高,具有广阔的发展应用前景,是提高发动机性能的重要研究方向.

020810324赵祥成

2011.11.29