北航小型航空发动机整机试验报告

北京航空航天大学

研究生课程实验报告

小型航空发动机整机试验报告

共12页(含封面)

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能源与动力工程学院

年月

一、试验简介

1.1 试验目的

了解小型航空发动机整机试验过程，熟悉发动机试车台结构和发动机上下台架操作步骤，了解发动机整机测试系统掌握发动机试车过程操作方法，学习发动机试验数据处理及总体性能计算。

1.2 试验内容

a)发动机上下台架操作；

b)发动机试车过程控制操作；

c)发动机试验数据处理及总体性能计算。

1.3 发动机、试车台以及CAT系统简介

1.3.1发动机简介

本次试验所用的WPXX发动机是一台小型、单轴、不带加力燃烧室的涡轮喷气发动机，主要由以下几部分构成：

a)压气机：组合式压气机，由一级跨音轴流压气机和一

级单面离心压气机组成；

b)燃烧室：轴内供油式环形燃烧室，使用靠离心力甩油

的甩油盘供油；

c)涡轮：单级轴流式涡轮；

d)尾喷管：简单收敛式不可调节的尾喷管。

发动机的主要技术参数为：海平面静止最大推力为850公斤，空气流量13.5kg/s，压气机增压比5.5，涡轮前温度1200k，转速22000r/min。

发动机的主要工作状态划分：

1.3.2试车台系统

a)燃油系统；

b)数字控制系统；

c)油滤、油路、起动供油系统；

d)滑油系统；

e)起动系统；

f)电气系统测试附件。

1.3.3计算机辅助测试系统（CAT）

1）传感器选型原则：

a)灵敏度高，输入和输出之间应具有良好的线性关系；

b)噪声小，滞后、漂移误差小；

c)常用的测量值大小约为传感器最大量程的2/3左右，

最小值不低于1/3；

d)动态特性好；

e)接入测量系统时对测量产生的影响小；

2）数据采集系统的主要评定指标：

a)分辨率

b)采集速度

c)线性度

d)误差限

3）CAT系统：

与一般系统相比，CAT系统包含了数采数据又高于数采系统。

二、数据处理

2.1 相关理论知识

发动机工作参数对标准大气条件的换算公式： a)

发动机转速：/min) c n r =；

b) 发动机推力：0

101.325

() c F F

daN p =； c) 发动机涡轮后燃气温度：550

288

() 273t c t T T K t =+；

d)

发动机燃油消耗量：

/)fc f

W W kg h =；

e)

发动机单位推力燃油消耗量： (/)fc c

W sfc kg daN h F =

。

2.2 发动机性能曲线

根据相关公式将转速、推力、燃气温度等参数进行折合得到标准大气条件下的转速、推力、燃气温度和耗油率，结果如图1所示。

折合推力（d a N ）

折合转速（rpm ）

(a)折合推力

折合燃气温度（℃）

折合转速（rpm ）

(b)折合燃气温度

折合耗油率（k g /d a N ·

h ）折合转速（rpm ）

(c)折合耗油率

图1发动机性能曲线

2.3 发动机性能拟合曲线

本文使用Matlab 软件中的polyfit(x,y,3)函数进行拟合。该拟合函数可以使用最小二乘法计算给定数据组的多项式关系，对于本次数据处理使用三次多项式进行拟合，可以得到三条三次方拟合曲线。详细的拟合步骤参见附录。

通过Matlab 的计算得到三条曲线的函数关系式为： a) 推力曲线：

-103-6222.474210-6.6350107.4010252.4355F r r r -=⨯⨯+⨯-

(1)

b) 燃气温度曲线：

1035212.952410 1.046110+1.12010 +160.3176T r r r ---=⨯-⨯⨯

(2)

c) 耗油率曲线：

133824-2.061910+2.677510-8.443110+8.9618L r r r ---=⨯⨯⨯

(3)

折合数据以及拟合曲线如图2所示。

折合推力（d a N ）

折合转速（rpm ）

折合燃气温度（℃）

折合转速（rpm ）

(b) 燃气温度曲线

折合耗油率（k g /d a N ·

h ）折合转速（rpm ）

(c)耗油率曲线

图2发动机性能拟合曲线

2.4 发动机性能检验

发动机海平面标准大气条件下性能参数为表所示。

表1发动机海平面标准大气条件下性能参数表

不同工作状态时发动机在标准大气条件下的性能参数。

表2 发动机实测性能参数表

时稍大，排气温度达到了要求，其中各状态下超标参数参见表3。

表3 发动机实测性能超标参数

2.5 原因分析

a)由于发动机较长时间使用，发生老化和性能衰退，例

如：叶片叶尖磨损导致其叶尖间隙变大，机匣变形等。各部件效率下降使得发动

机热效率下降，导致耗油率上升，推力下降。

b)当天进气温度较高，发动机循环增压比下降，导致燃

烧效率下降，循环功下降。根据控制规律，为保证转速一定，耗油率增加，发动

机推力减小。

c)由于观测记录仪器的原因，发动机还没有达到当前转

速下的稳定状态就记录，那么记录的是过度状态或较低转速下的推力和耗油率。

因此由于转速不足，推力减小，循环增压比较小，燃烧效率下降，耗油率上升。

2.6 课程建议

a)希望可以做一些关于不同控制规律的试验，根据试验

曲线分析是什么控制规律。

b)希望当时就可以进行试验数据处理，这样可以当时观

测试验现象，直接分析原因或解决问题。