航空发动机的喘振
航空发动机喘振故障机理及监控方法研究
第10卷 第15期 2010年5月167121815(2010)1523805205科 学 技 术 与 工 程Sc ience Technol ogy and Engineer i ngVol110 No 115 M ay 2010Z 2010 Sci 1Tech 1Engng 1航空航天航空发动机喘振故障机理及监控方法研究丁蓬勃 王仲生(西北工业大学航空学院,西安710072)摘 要 航空发动机喘振故障是影响发动机性能的主要因素,并对民用客机的安全构成巨大威胁。
在对航空发动机喘振机理进行分析的基础上,从适航性的角度对航空发动机喘振故障进行监测,同时运用可靠性分析方法)))故障树分析法(FTA)对该故障进行计算机辅助建树、定性分析及定量分析,最后采取了相应的控制措施使喘振部件快速退出喘振状态。
通过对航空发动机喘振故障的监控,大大提高了喘振故障的分析效率,同时发动机的可靠性也得到一定提升,对解决喘振故障提供了参考和借鉴。
关键词 喘振故障 故障机理 故障树分析法 故障监控中图法分类号 V233.95; 文献标志码A2010年3月2日收到国家自然科学基金(50675178)资助第一作者简介:丁蓬勃(1984)),陕西省兴平市人,硕士研究生,研究方向:载运工具工程及应用。
近几十年来,随着航空事业的发展,飞行器的安全性和可靠性越来越引起人们的重视,特别是民用客机,一旦发生故障,轻则影响飞机的性能,重则机毁人亡,后果不堪设想。
航空发动机是飞机的心脏,而发动机的喘振问题一直制约着涡轮发动机的发展,影响发动机的性能,是对民用客机安全以及整个航空事业发展的巨大威胁。
民用客机要求/安全、可靠、经济0,安全,是民用飞机设计首要考虑的问题。
要达到安全的目的,必须符合最基本的适航性要求,即:要求航空器包括部件及子系统整体性能和操纵特性在预期运行环境和使用限制下具有安全性和物理完整性品质。
这种品质要求航空器应始终处于符合其型号设计和安全运行状态。
航空发动机喘振故障分析
航空发动机喘振故障分析摘要：本文简要介绍了航空发动机喘振的概念和原理，分析了发动机喘振的机理和诱发因素。
通过介绍发动机喘振的主要特征，在分析压气机喘振因素的基础上，提出了中间级放气是一种结构简单、可操作性强的防喘振措施。
同时，多转子发动机具有工作范围广、效率高、不易喘振、适应性好、启动方便等优点，在航空发动机中得到了广泛应用。
总之，要有效地预防和控制发动机喘振问题，必须认真分析原因并采取相应的解决措施。
只有这样才能可靠地保证发动机组的长期稳定运行。
关键词：发动机；喘振；损伤；故障分析；措施1、前言发动机喘振会对航空发动机的运行造成严重危害，是其运行过程中的一种异常状态。
为了保障发动机稳定工作，本文详细论述了发动机喘振的机理和现象。
并就如何控制和预防发动机喘振故障提出了一系列措施和建议，以保证发动机的正常运行。
同时为了提高发动机的效率，保证人员的安全，提高设备操作性，必须采取必要的防喘振措施，以保障发动机的稳定运行。
2、基本概念2.1发动机简介发动机叶轮叶片的前部大多是弯曲的，称为导向轮。
利用快速旋转的叶片增加空气压力,它将气体导入工作叶轮，以减少气流的冲击损失。
小型增压器的发动机叶轮一般由导向轮和工作叶轮组成，在发动机叶轮出口设置扩散器，将叶轮内气体的动能转化为压力。
发动机壳体上一般设有进气口和出气口，进气口一般沿轴向布置，通流部分略有减小，以减小进口阻力，排气口一般设计成蜗杆形状的圆周扩张流道，使高速气流不断扩张，提高了增压器的整体效率。
发动机由涡轮驱动，其主要性能参数为：转速、流量、空气流量、增压比。
2.2喘振现象及判断发动机一旦发生喘振，音调会变低而沉闷，导致设备振动增大，主要表现为压力高、流量波动大。
发动机出口压力和流量波动大，转速不稳定，气压突然下降。
发动机排气温度升高，导致温度过高。
喘振严重时，气流阻断，发动机会熄火停机。
发动机一旦进入喘振状态，首先会引起发动机强烈的机械振动和端部过热，在很短的时间内会对设备部件造成严重损坏。
发动机喘振原理
发动机喘振原理1. 嘿，你知道发动机喘振原理吗？就像人跑步喘粗气一样，发动机也会“喘”呢！比如说汽车在高速行驶时突然遇到阻力，发动机就可能出现喘振。
2. 发动机喘振原理其实不难理解啦！想象一下，心脏跳动不规律的时候，人会很难受吧，发动机喘振就类似这样啊！像飞机发动机遇到气流不稳定时就可能喘振。
3. 哇塞，发动机喘振原理超有意思的！好比一个大力士突然使不上劲了，发动机喘振就是这种感觉呀！比如船用发动机在恶劣海况下就可能这样。
4. 嘿，想不想搞清楚发动机喘振原理呀？这就好像演奏乐器时突然走音了一样让人头疼呢！像摩托车发动机有时就会因为各种原因喘振。
5. 发动机喘振原理可重要啦！你想想，要是人呼吸不顺畅会怎样，发动机喘振差不多就是这个后果呀！比如一些老旧的发动机就容易出现喘振现象。
6. 哎呀，发动机喘振原理很神奇的哟！就跟人说话突然卡壳一样，发动机也会这样“卡”一下呢！像某些工程车辆的发动机就可能喘振。
7. 发动机喘振原理，你真该好好了解一下！这不就跟人累了会大喘气一样嘛，发动机也会的呀！比如在高原地区，发动机就容易因为缺氧喘振。
8. 哇哦，发动机喘振原理很值得探究呢！好比人跑步累到腿发软，发动机也会“软”一下喘振哦！像一些高性能赛车的发动机在极限状态下可能喘振。
9. 嘿呀，发动机喘振原理你还不知道吗？这就像人紧张时心跳加速不规律一样，发动机也会这样哦！比如飞机在起飞或降落时发动机就可能喘振。
10. 发动机喘振原理很关键的呀！你看，人要是咳嗽个不停多难受，发动机喘振也不好受呀！像一些使用不当的发动机就容易发生喘振。
我的观点结论：发动机喘振原理虽然看似复杂，但通过这些形象的比喻和例子，其实是可以比较容易理解的。
了解它对于正确使用和维护发动机非常重要。
航空发动机的喘振
11级航空发动机
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一、喘振的概述
概述 航空发动机是飞机的心脏, 而发动机的喘振问题一直制约着涡轮发 动机的发展, 影响发动机的性能, 甚至造成发动机的严重损坏，是 发动机的所有故障中最有危害性的一个，是对民用客机安全以及 整个航空事业发展的巨大威胁。
•飞机发动机喘振是指发动机压气机的喘振 定义
3.压气机转子叶片的处理。沿着压气机转子叶片轴向倾斜开缝。倾斜缝平 行于轴线方向且向转动方向倾斜。倾斜缝位于转子叶片中部且占叶片弦长 的50%。实验表明, 经此处理可使发动机喘振裕度从8% 增加到17% 。
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喘振的预防和控制
通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生
1.压气机中间级放气。转速低于设计转速时的喘振现象, 是由于压气机前几 级流量系数减少过多引起的。因此在压气机中间级的机匣上开一圈放气孔, 用放气活门控制, 使部分空气由此孔向外排出, 可增加前几级空气流量, 避免 喘振。
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喘振的预防和控制
其它防喘措施
4、压气机可变进口通道面积 5、机匣处理 6、控制供油规律 7、正确操作, 精心维护发动机
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谢谢
.ห้องสมุดไป่ตู้
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喘振的发生机理
喘振的分析
C①a ——空气的轴向分速度;C①——空气的绝对速度，u——压气机叶 轮的圆周速度;ω①—空气对压气机叶轮的相对速度; i —攻角。
流量系数
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喘振的发生机理
正常工作状态
C①a = C①a这时气流相对速度方向与叶轮的叶片前缘方向 基本一致攻角为零(i=0),不会出现气流分离现象。
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喘振的发生机理
非工作状态1
不 会 发 生 喘 振
C①a > C①a此时相对气流的方向偏离了叶片前缘的方向。 这时,气流将冲向叶 片凸面(背面) ,形成负攻角( i < 0)。 如果负攻角较大, 则在叶片的凹面将出现 涡流, 发生气流分离现象,如图1( c)。
航空燃气涡轮发动机喘振问题分析
航空燃气涡轮发动机喘振问题分析学生：刘哲指导老师：周长春摘要随着我国民航的迅速发展,飞机的数量和种类越来越多,对飞行安全的要求更高,发动机的好坏是保证飞行安全的关键,发动机出问题,直接影响到整个飞行安全,本文通过分析喘振对发动机使用性能及发动机经济性能方面的影响,指出了发动机喘振形成的根本原因,喘振的形成及喘振对飞机的危害,并指出这些影响在飞行中的实际意义和避免喘振的措施。
关键词:发动机；喘振;气流分离;防喘；综述英文摘要:引言1903年12月7日“飞行者”1号,成功载入动力飞行,随着飞机广泛应用在军事、运输领域,航空工业尤其是民用航空业得到迅速发展,人们对飞机的性能也提出了更高的要求,如战斗机较高的机动性能,民用飞机较好的经济性及可靠性等。
飞机性能的提高，在很大程度上取决动力装置的发展，人们需要推力更大，速度、高度性能更好的动力装置。
实践证明。
燃气涡轮发动机能够满足这些要求。
发动机是现代飞机重要的组成部分，发动机的工作对飞机的飞行安全和效益起着决定性的作用，所以装在航线运输机上的燃气涡轮发动机应满足下列基本性能要求：1 发动机推力大，重量轻。
在发动机重量一定时，发动机发出尽可能大的推力，尤其是是起飞推力，可有效改善飞机的起飞、复飞及爬升性能。
2 发动机燃油消耗率低。
在一定的飞行条件下，发动机燃油消耗率越低，发动机工作效率越高，经济性越好；同时油耗越低，航线飞行载油量可相对减小，从而降低运行成本。
3 发动机应具有良好的高空性能和速度性能。
一方面，飞机应能爬升到11，000米左右，因随着高度上升，大气温度降低，可提高发动机的工作效率，改善发动机的经济性，同时，在平流层飞行，气象条件较稳定，增加了飞机安全性和舒适性；另一方面，在确保发动机的工作效率条件下，尽可能提高飞行速度，可缩短飞行时间，目前，高涵道涡扇发动机能确保飞机在高亚音速范围飞行。
4 发动机结构尺寸要小。
发动机的结构尺寸主要是指发动机的迎风面积和长度，适应缩小发动机结构尺寸可减小发动机飞行阻力，减轻发动机重量。
基于脉动压力变化率的航空发动机喘振检测方法
燃气涡轮试验与研究 Gas Turbine Experiment and Research
Vol.32, No.2
A率 的 航 空 发 动 机 严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严
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Aero-engine surge detection method based on fluctuating pressure change rate
LEI Jie，FANG Jian-feng，LEI Xiao-bo
(Engine Department of Chinese Flight Test Establishment，Xi’an 710089，China) Abstract：According to the characteristics that the airflow fluctuating pressure will change sharply when the surge failure happens, the occurrence of surge can be detected in real time by measuring and calculat⁃ ing the fluctuating pressure change rate at the outlet of the compressor. The dynamic pressure signal was preprocessed to extract the fluctuating pressure in a particular band, and the fluctuating pressure change rate in the fixed period was calculated. The surge detection threshold and criterion was set based on the ground test results of the engine to determine whether the change rate satisfied the criterion to realize surge detection. Two surge failures in a certain engine flight test were detected using this method. Analysis shows that when no surge occurs in the engine, the difference of the fluctuating pressure change rate between the ground test and the flight test is small. When surge occurs, the fluctuating pressure change rate will in⁃ crease sharply. When the engine works stably under steady and transient conditions, the fluctuating pres⁃ sure change rate is not affected by the change of the engine operation conditions. Key words：aero-engine；surge；pressure change rate；characteristic extraction；on-line detection；flight test
压气机喘振的原因分析及防治措施毕业论文
毕业设计（论文）论文题目：压气机喘振的原因分析及防治措施所属系部：指导老师：职称：高工学生姓名：班级、学号:专业：航空机电设备维修毕业设计(论文)进度计划表本表作评定学生平时成绩的依据之一。
压气机喘振的原因分析及防治措施【摘要】本论文主要阐述了航空发动机喘振的原因与防治措施。
发动机作为飞机的心脏被誉为“工业之花”它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性而发动机的喘振就是发动机的所有故障中最常见也是最有危害性的一个。
现就从喘振的形成发生的条件预防措施及使用维护中注意的事项做以浅析。
压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率高振幅的震荡现象。
这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源他会导致发动机机件的强烈机械振动和热端超温并在很短的时间内造成机件的严重损坏所以在任何状态下都不允许压气机进入喘振区工作。
关键词：航空发动机喘振预防措施预防措施超温熄火停车Abstract: This thesis describes the aviation engine surge causes and prevention measures. Aircraft engine as the heart， known as "the flower industry"， which directly affect aircraft performance， reliability and economy， while the engine surge is all engine failure is the most common but also the most hazardous one. From now on surge formation， occurring conditions，preventive measures and precautions in the use and maintenance to do with Analysis. Airflow compressor surge is occurring along the axial direction of the compressor， low frequency，high amplitude oscillation phenomenon. This low-frequency high amplitude oscillations of air is a source of great centrifugal force， it causes the engine parts of the intense mechanical vibration and thermal side-temperature， and in a very short time result in serious damage to the mechanical parts， Therefore， in any state are not allowed to enter the compressor surge zone work.Key words:Aircraft engine surge PRECAUTIONS overtemperature shutdown Parking目录1 概述 (3)2 喘振的认识 (5)2.1压气机工作原理 (5)2.1.1基元级速度三角形 (5)2.1.2增压原理 (6)2.2喘振的定义 (7)2.3喘振的表现及危害 (8)2.3.1案例 (8)3 造成发动机喘振的原因 (10)3.1气流分离 (10)3.2叶片槽道的扩压性 (11)3.3旋转失速 (12)3.3.1旋转失速的定义： (12)3.3.2低速气流区的生成： (12)3.3.3旋转失速分类： (12)3.3.4旋转失速的主要特征： (12)3.3.5旋转失速的影响： (12)3.3.6旋转失速与喘振的关系： (13)4 喘振的预防及应采取的措施 (14)4.1通过改进发动机结构设计来预防喘振 (14)4.2通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生 (14)4.2.1喘振控制系统常用的防止喘振方法: (14)4.2.2可旋转导向叶片 (15)4.2.3控制供油规律 (16)4.3正确操作，精心维护发动机，也能避免喘振的发生 (16)4.4战斗机发射武器时发动机喘振采取的措施 (17)4.5飞行过程中发动机喘振采取的措施 (17)4.5.1 副油路节流嘴直径（压降）对主调节器的影响 (17)4.5.2 升压限制器投入工作点对防喘切油的影响 (18)4.5.3 定压源不稳定对防喘切油过程的影响 (18)4.5.4 副油路节流嘴直径改变对主油路节流嘴影响 (18)4.5.5 层板节流器流量对防喘切油的影响 (18)结束语 (3)谢辞 (4)文献 (5)1 概述近几十年来，随着航空事业的发展，飞行器的安全性和可靠性越来越引起人们的重视，特别是民用客机，一旦发生故障，轻则影响飞机的性能，重则机毁人亡，后果不堪设想。
航空燃气涡轮发动机喘振探析
航空燃气涡轮发动机喘振探析喘振主要是指气流沿航空燃气涡轮发动机轴线方向出现的低频高幅气流振荡情况。
一旦航空燃气涡轮发动机进入喘振状态，不仅会导致航空燃气涡轮发动机自身出现强烈机械振动及热端超温，而且会在较短的时间内导致燃气部件出现严重破坏，最终导致整体航空燃气涡轮发动机出现不稳定运行风险。
为了避免喘振对航空燃气涡轮发动机的影响，对其运行情况进行适当分析具有非常重要的意义。
1航空燃气涡轮发动机喘振表现以航空燃气涡轮发动机特性曲线为入手点，得出若流经航空燃气涡轮发动机空气流量降低到一定限度，进而促使运用工况点下滑到喘振边界左侧。
在这期间空气流量的不稳定变化，不仅会导致航空燃气涡轮发动机内部压力出现不稳定波动，甚至会出现气流由航空燃气涡轮发动机倒流入外界大气的情况。
而气流倒流情况的出现，则会导致航空燃气涡轮发动机内部空气流量减少，进而促使航空燃气涡轮发动机功率下降、发动机推力缩小；航空燃气涡轮发动机推力的下降也会导致发动机整体燃油损耗增加，进而促使航空燃气涡轮发动机经济性能不稳定风险加大；随着燃气消耗率的上升，发动机排气温度指示值也会出现一个较大的上升幅度，最终促使进入航空燃气涡轮发动机燃气室空气量变小，而在航空燃气涡轮发动机内部轴向振动的发生，也增加了航空燃气涡轮发动机裂纹、叶片断裂的风险。
在航空燃气涡轮发动机喘振现象发生后，整体发动机声音及外观也会发生一定的变化，一方面由于严重喘振会导致航空燃气涡轮发动机通道堵塞，促使已压缩局部气体从进气口倒流，而温度骤降不仅会导致进气口周边水汽凝结，而且会促使发动机周边金属粉末剧烈震荡，最终出现冒白雾或白烟现象。
另一方面，航空燃气涡轮发动机正常运行时的声音为连续不间断的啸声，而在航空燃气涡轮发动机出现喘振现象时，由于燃气室内部空气无法完全充分燃烧，而较高的尾喷口由于与空气接触会出现快速燃烧情况，尾喷口的剧烈燃烧情况不仅会导致航空燃气发动机出现低沉声，而且会出现放炮或火舌喷出情况[1]。
航空燃气涡轮发动机喘振问题分析
航空燃气涡轮发动机喘振问题分析学生：刘哲指导老师：周长春摘要随着我国民航的迅速发展,飞机的数量和种类越来越多,对飞行安全的要求更高,发动机的好坏是保证飞行安全的关键,发动机出问题,直接影响到整个飞行安全,本文通过分析喘振对发动机使用性能及发动机经济性能方面的影响,指出了发动机喘振形成的根本原因,喘振的形成及喘振对飞机的危害,并指出这些影响在飞行中的实际意义和避免喘振的措施。
关键词：发动机；激增气流分离；预防哮喘；概述-1-英文摘要：-2-介绍1903年12月7日“飞行者”1号,成功载入动力飞行,随着飞机广泛应用在军事、运输领域,航空工业尤其是民用航空业得到迅速发展,人们对飞机的性能也提出了更高的要求,如战斗机较高的机动性能,民用飞机较好的经济性及可靠性等。
飞机性能的提高，在很大程度上取决动力装置的发展，人们需要推力更大，速度、高度性能更好的动力装置。
实践证明。
燃气涡轮发动机能够满足这些要求。
发动机是现代飞机的重要组成部分，发动机的工作对飞机的飞行安全和效益起着决定性的作用。
因此，安装在航空运输飞机上的燃气轮机发动机应满足以下基本性能要求：1发动机推力大，重量轻。
在发动机重量一定时，发动机发出尽可能大的推力，尤其是是起飞推力，可有效改善飞机的起飞、复飞及爬升性能。
2.发动机燃油消耗率低。
在一定的飞行条件下，发动机的燃油消耗率越低，发动机的工作效率越高，经济性越好；同时，油耗越低，航线的飞行燃油负荷可以相对减少，从而降低运营成本。
3发动机应具有良好的高空性能和速度性能。
一方面，飞机应能爬升到11，000米左右，因随着高度上升，大气温度降低，可提高发动机的工作效率，改善发动机的经济性，同时，在平流层飞行，气象条件较稳定，增加了飞机安全性和舒适性；另一方面，在确保发动机的工作效率条件下，尽可能提高飞行速度，可缩短飞行时间，目前，高涵道涡扇发动机能确保飞机在高亚音速范围飞行。
4.发动机的结构尺寸应较小。
发动机的结构尺寸主要指发动机的迎风面积和长度。
航空发动机的喘振
随着航空工业的快速发展，喘振研究在20世纪中期进入发展阶段，研究重点转向解决实际工程问题，并开始广泛应 用在航空发动机设计、制造和维护中。
深入探索阶段
进入21世纪，喘振研究进入深入探索阶段，研究领域不断拓宽，研究方法不断创新，对喘振的机理和特 性有了更深入的理解，为解决实际工程问题提供了更有效的方案。
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05 航空发动机喘振的实际案 例分析
案例选择的标准和来源
01
案例应具有代表性
选择的案例应能代表航空发动机 喘振的典型情况，以便更好地说 明问题。
02
案例应具有实际应 用价值
所选案例应来源于实际运行的航 空发动机，以便更好地反映实际 情况。
03
案例应具有广泛性
为了全面了解航空发动机喘振的 情况，所选案例应涵盖不同类型 的航空发动机。
喘振的预防措施
定期维护和检查
按照制造商推荐的维护计划，定期对发动机进行维护和检查，确 保发动机处于良好的工作状态。
控制燃油流量
根据飞行条件和发动机状态，合理控制燃油流量，避免燃油过多或 过少导致喘振。
调整发动机进气口角度
根据飞行高度和速度，适时调整发动机进气口角度，优化进气气流， 防止喘振发生。
喘振的控制技术
从案例中获得的启示与建议
启示一
航空发动机喘振的原因多种 多样，需要针对具体情况进 行分析和解决。
启示二
进气道、压气机和进口温度 等因素都可能引发航空发动 机喘振，需要在设计和使用 过程中充分考虑这些因素。
建议一
加强航空发动机喘振的监测 和预警，以便及时发现和解 决问题。
建议二
在设计和制造过程中要充分 考虑各种可能引发喘振的因 素，并采取相应的预防措施。
航空活塞发动机气喘原因分析及措施
02
气喘原因分析
燃油系统故障
燃油供应不足
燃油系统故障导致燃油供应不足，使 得发动机燃烧不充分，产生气喘现象 。
燃油管路堵塞
燃油管路堵塞导致燃油无法正常供应 给发动机，也会引发气喘。
气缸内壁磨损
气缸内壁磨损严重
气缸内壁磨损严重会导致气缸密封性变差，使得气体泄漏，从而引发气喘。
气缸内壁腐蚀
气缸内壁腐蚀也会导致气缸密封性变差，使得气体泄漏，引发气喘。
活塞环磨损
活塞环磨损严重
活塞环磨损严重会导致活塞环与气缸壁之间的间隙增大，使得气体泄漏，引发气喘。
活塞环卡滞
活塞环卡滞会导致活塞环无法正常工作，使得气体泄漏，引发气喘。
空气滤清器堵塞
空气滤清器堵塞
空气滤清器堵塞会导致空气无法正常进 入发动机，使得发动机燃烧不充分，产 生气喘现象。
VS
空气滤清器破损
振动检测
通过测量发动机的振动幅度和频 率，可以判断发动机是否存在故 障或异常振动。
05
维修措施
更换故障部件
更换故障活塞
如果活塞出现磨损、裂纹或卡滞等问题，需 要更换新的活塞。
更换故障气门
如果气门出现卡滞、漏气或断裂等问题，需 要更换新的气门。
更换故障喷油嘴
如果喷油嘴出现堵塞、漏油或雾化不良等问 题，需要更换新的喷油嘴。
通过详细分析航空活塞发动机气喘现象，找出了主要原因 包括进气道设计不合理、进气道结冰、燃油系统故障等。
针对以上原因，提出了相应的解决措施，如优化进气道设 计、加强进气道结冰预警与控制、改进燃油系统等。
对未来研究的展望
深入研究气喘现象
未来可以进一步深入研究航空活塞发动机气喘现象的机理和影响因 素，为更精确地预测和解决气喘问题提供理论支持。
航空发动机的振动控制技术研究
航空发动机的振动控制技术研究航空发动机作为飞机的核心部件，其性能和可靠性直接关系到飞行的安全与效率。
然而，在航空发动机的运行过程中，振动问题始终是一个关键挑战。
过度的振动不仅会影响发动机的工作性能，缩短其使用寿命，还可能导致严重的安全事故。
因此，对航空发动机的振动控制技术进行深入研究具有极其重要的意义。
航空发动机振动产生的原因是多方面的。
首先，发动机内部的旋转部件，如涡轮叶片、压气机叶片等，由于其高速旋转时的不平衡，会产生离心力，从而引发振动。
其次，气流在发动机内部的不稳定流动，如喘振、失速等现象，也会导致压力波动，进而引起振动。
此外，发动机的结构设计不合理、制造误差以及材料的缺陷等，都可能成为振动的诱因。
为了有效控制航空发动机的振动，工程师们采取了多种技术手段。
其中，主动振动控制技术是近年来的研究热点之一。
主动振动控制是指通过传感器实时监测发动机的振动状态，然后由控制器计算出相应的控制信号，驱动执行机构对振动进行主动抑制。
例如，采用电磁作动器或压电作动器，可以根据振动情况产生相应的反向力，从而抵消振动。
被动振动控制技术在航空发动机中也得到了广泛应用。
常见的被动振动控制方法包括增加结构的刚度和阻尼。
通过优化发动机的结构设计，如采用更坚固的材料、合理的支撑方式等，可以提高结构的固有频率，避免与激振频率重合，从而减少振动。
同时，在发动机的某些部位安装阻尼器，如橡胶阻尼器、液压阻尼器等，可以将振动能量转化为热能消耗掉，降低振动的幅度。
除了上述两种主要的控制技术，还有一些其他的方法也在航空发动机振动控制中发挥着作用。
例如，通过对发动机进行动平衡调试，可以减少旋转部件的不平衡量，降低振动的源头。
此外，利用有限元分析等数值模拟方法，在设计阶段就对发动机的振动特性进行预测和优化，能够提前采取措施避免潜在的振动问题。
在实际应用中，航空发动机的振动控制技术面临着诸多挑战。
首先，发动机的工作环境极其恶劣，高温、高压、高转速等条件对振动控制装置的可靠性和耐久性提出了很高的要求。
喘振的形成
喘振的形成发动机是飞机的心脏,发动机的正常运转保证了飞机的安全.发动机的喘振是发动机的所有故障中最有危害性的一个.现就从喘振的形成,发生的条件,预防措施及使用维护中注意的事项做以浅析.喘振的形成压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率，高振幅的震荡现象。
这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源，他会导致发动机机件的强烈机械振动和热端超温，并在很短的时间内造成机件的严重损坏，所以在任何状态下都不允许压气机进入喘振区工作．喘振时的现象是；发动机的声音由尖哨转变为低沉；发动机的振动加大；压气机出口总压和流量大幅度的波动；转速不稳定，推力突然下降并且有大幅度的波动；发动机的排气温度升高，造成超温；严重时会发生放炮，气流中断而发生熄火停车。
因此，一旦发生上述现象，必须立即采取措施，使压气机退出喘振工作状态。
喘振的根本原因，由于攻角过大，使气流在叶背处发生分离而且这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道。
喘振的物理过程是：空气流量下降，气流攻角增加，当流量减少到一定程度时，流入动叶的气流攻角大于设计值，于是在动叶叶背出现气流分离，流量下降越多，分离区扩展越大，当分离区扩展到整个压气机叶栅通道时，压气机叶栅完全失去扩压能力，这时，动叶再也没有能力压向后方，克服后面较强的反压，于是，流量急剧下降，不仅如此，由于动叶叶栅失去扩压能力，后面高压气体还可能通过分离的叶栅通道倒流至压气机前方，或由于叶栅通道堵塞气流瞬时中断，倒流的结果，使压气机后面的反压降得很低，整个压气机流路在这一瞬间就变得“很通畅”，而且由于压气机仍保持原来的转速，于是瞬时大量气流被重新吸入压气机，压气机恢复“正常”流动和工作，流入动叶的气流由负攻角很快增加到设计值，压气机后面也建立起了高压气流。
这是喘振过程中气流重新吸人状态。
然而，由于发生喘振的流动条件并没有改变，因此，随着压气机后面反压的不断升高，压气机流量又开始减小，直到分离区扩展至整个叶栅通道，叶栅再次失去扩压能力，压气机后面的高压气体再次向前倒流或瞬时中断……，如此周而复始地进行下去喘振s urge喘振是透平式压缩机(也叫叶片式压缩机)在流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动。
喘振喘振裕度防喘措施
喘振是发动机的一种不正常的工作状态,是由压气机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引发的。
喘振是发动机的致命故障,严重时可能导致空中停车甚至发动机致命损坏。
衡量发动机喘振性能的指标叫"喘振裕度",就是说发动机的进口流量变化多少会引发喘振,这个值一般都要求达到15％甚至20%以上。
早期的轴流式压气机多数为单转子轴流式压气机,即各级压气机是安装在同一根传动轴上、由同一个涡轮驱动并以相同转速工作的。
这种压气机结构比较简单,但是当单转子的发动机在工作中转数突然下降时(比如猛收小油门),气流的容积流量过大而形成堵塞,从而导致前面各级(低压压气机)叶片处于小流量大攻角的工作状态。
这时,就像飞机在大攻角飞行时出现失速一样,气流从压气机叶片后部开始分离,这种分离严重到一定程度,就会出现喘振。
在单转子轴流式压气机中,为了降低低压部分在这种情况下的攻角,只好在压气机前加装可调导流叶片以降低气流攻角,或者在压气机的中间级上进行放气,即空放掉一部分已经增压的空气来减少压气机低压部分的攻角。
为了提高压气机的工作效率并增加发动机喘振裕度,人们想到了用双转子来解决问题。
即让发动机的低压压气机和高压压气机工作在不同的转速之下,这样低压压气机与低压涡轮联动形成低压转子,高压压气机与高压涡轮联动形成高压转子。
由于低压压气机和高压压气机分别装在两个同心的传动轴上,当压气机的空气流量与转速前后矛盾时,它们就可以自动调节。
推迟了前面各级叶片上的气流分离,从而增加了喘振裕度。
然而双转子结构的发动机也并不是完美的。
在双转子结构的涡扇发动机上,由于风扇通常和低压压气机联动,风扇为迁就压气机而必须在高转数下运行,高转数带来的巨大离心力就要求风扇的叶片长度不能太长,涵道比自然也上不去,而涵道比越高的发动机越省油。
低压压气机为了迁就风扇也不得不降低转数和单级增压比,单级增压比降低的后果是不得不增加压气机风扇的级数来保持一定的总增压比。
航空发动机的喘振课件
喘振对飞机的影响
飞机失控
喘振会导致发动机功率下降，甚至停车，从而使飞机失去动力，严重时可能导致飞机失控坠毁。
机体强烈振动
喘振发生时，发动机和飞机都会产生强烈的振动，对机体结构造成损伤。
飞机性能下降
喘振会导致飞机性能下降，如爬升率、巡航速度等都会受到影响。
02
航空发动机喘振的机理
旋转失速与喘振的关系
新型材料的应用
高温材料
研发能够承受更高温度的 新型材料，提高航空发动 机的工作效率和性能。
轻质材料
采用轻质、高强度的材料 ，降低航空发动机的重量 ，提高其燃油经济性和机 动性。
复合材料
利用复合材料的优点，如 耐高温、高强度、轻质等 ，提高航空发动机的结构 强度和耐久性。
THANKS
解决方案
清理进气道异物，对发动机进行全 面检查和维修，确保正常运行。
案例二：某型发动机喘振故障排除过程
故障描述
某型发动机在运行过程中出现喘振， 功率下降。
解决方案
定期对发动机进行维护保养，检查燃 烧室和进气道状态，保持发动机良好 运行状态。
故障排除过程
首先检查发动机进气道，未发现异常 ；然后对发动机内部进行检查，发现 燃烧室存在积碳，进行清理后故障排 除。
当发动机在高攻角或低转速等异常工况下工作时，压气机的特性曲线可能会变得 较为陡峭，使得压气机容易进入不稳定工作区域，进而引发喘振。
发动机热力状态与喘振的关系
发动机热力状态是指发动机内部燃烧室和燃气涡轮的热力性 能表现。
当发动机热力状态不佳时，如燃烧室温度过高或燃气涡轮性 能下降，可能会导致发动机进气温度和压力的波动增大，进 而影响压气机的工作稳定性，引发喘振。
新型控制技术的应用
什么是发动机喘振？
什么是发动机喘振？
现在民航飞机基本采用的是喷气式发动机。
外界空气由发动起吸入，经过压缩、燃烧等处理后喷出，产生强烈的推力，使得飞机前进。
我们所说的飞机发动机喘振其实就是指喷气式发动机的压气机喘振。
简单的说压气机喘振是指压气机气流发生分离而造成气流回流，气流来回运动，沿压气机轴线方向产生高振幅或低振幅的震荡现象。
发动机发生喘振的危害
发动机喘振对飞机的危害是很大的，它会导致发动机机件的剧烈震动和热端超温，并可能迅速造成机件的严重损坏，所以压气机绝对不能在喘振情况下工作的。
当喘振发生时：发动机的声音变得低沉；发动机的震动加剧；压气机口的压力和流量大幅波动；发动机推力下降且不稳定；发动机排气温度过高，造成超温；严重时甚至导致发动机熄火停车。
因此发动机在喘振状态工作时，机组必须立刻采取措施。
什么原因能引起发动机喘振？
1、发动机转速减下，偏离设计值；
2、压气机进口总温度高；
3、发动机空气流量突然减少；
4、发动机损伤和翻修质量差。
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航空发动机防喘振措施
航空发动机防喘振措施
航空发动机作为飞机的“心脏”，是飞机飞行的关键部件之一。
然而，在飞机飞行过程中，发动机可能会出现喘振现象，严重影响机组人员
的安全和飞行的稳定性。
因此，采取一系列防喘振措施成为了航空发
动机设计和制造的重要要求。
下面就航空发动机防喘振措施进行列表划分：
一、结构优化
1.轮盘翼叶片设计：航空发动机的翼片是发动机关键部件之一，轮盘翼叶片相比其他设计具有更好的抗振性能，能够有效减少喘振现象。
2.减小进气管直径：进气管的变形是引起喘振的主要原因之一，通过减小进气管直径能够降低进气管的变形，减少喘振现象。
二、控制技术
1.控制系统设计：采取先进的控制系统设计，可以降低发动机喘振的发生概率，从而保证飞机的安全性和稳定性。
2.数值模拟：通过数值模拟技术，可以更好地了解发动机喘振的发生机理，为制定有效的防喘振措施提供科学依据。
三、材料优化
1.材料选择：采用高强度、高耐久性的材料，能够提高发动机的抗振性能，减少喘振现象的发生。
2.表面处理：通过表面处理的方式，可以增强材料的抗振强度，提高其稳定性和可靠性。
四、试验验证
1.全速端喘振试验：在发动机设计阶段，通过全速端喘振试验可以验证设计方案的合理性和有效性，为后续的制造和使用提供科学依据。
2.极限载荷试验：采用极限载荷试验可以模拟极端工作环境，验证发动机的抗振强度和稳定性，为防止喘振提供科学依据。
总之，航空发动机防喘振措施的实施需要综合考虑多方面因素，从结构、控制技术、材料和试验验证等方面入手，逐步优化发动机的设计和制造，从而提高发动机的抗振性能，保证飞机的安全性和稳定性。
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11级航空发动机
华中科技大学能源与动力工程学院
一、喘振的概述
概述 航空发动机是飞机的心脏, 而发动机的喘振问题一直制约着涡轮发 动机的发展, 影响发动机的性能, 甚至造成发动机的严重损坏，是 发动机的所有故障中最有危害性的一个，是对民用客机安全以及 整个航空事业发展的巨大威胁。 •飞机发动机喘振是指发动机压气机的喘振 定义 压气机喘振是指非正常工况下气流沿压气机轴线方向发生的低频 率（通常有几赫或十几赫）、高振幅(强烈的压强和流量波动)的气 流振荡现象。
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喘振的预防和控制
防喘
为保证涡轮发动机在所有瞬态和稳态工作条件下都不发生喘振, 就需要从改进发动机结构设计和设计防喘控制系统入手,使涡轮 发动机有较大的喘振裕度
喘振边界
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喘振的预防和控制
防喘措施
通过改进发动机结构设计以预防喘振
1.采用双转子或三转子结构。当发动机转速变化, 压气机工作状态偏离设 计值时, 双转子或三转子发动机的高低压转子会自动地调整转速, 保持各 级压力机进口处流量系数接近设计值, 使压气机稳定工作, 喘振裕度增加。 2.发动机进气道内表面处理。采用进气道内表面开直槽或斜槽的方法可以 增大进气口的喘振裕度。当进气冲角增大, 接近气流分离状态时, 气流可 沿所开槽方向流入进气道, 这样进气道内壁气流速度加快, 使气流分离不 能发生, 避免了喘振的出现。 3.压气机转子叶片的处理。沿着压气机转子叶片轴向倾斜开缝。倾斜缝平 行于轴线方向且向转动方向倾斜。倾斜缝位于转子叶片中部且占叶片弦长 的50%。实验表明, 经此处理可使发动机喘振裕度从8% 增加到17% 。
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喘振的发生机理
非工作状态1
不 会 发 生 喘 振
C①a > C①a此时相对气流的方向偏离了叶片前缘的方向。 这时,气流将冲向叶 片凸面(背面) ,形成负攻角( i < 0)。 如果负攻角较大, 则在叶片的凹面将出现 涡流, 发生气流分离现象,如图1( c)。
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喘振的发生机理
非工作状态2
喘 振
C①a < C①a此时相对气流的方向同样偏离了叶片前缘的方向。这时， 相对气流将冲向叶片的凹面,形成正攻角( i > 0)。 如果正冲角较大,在 叶片凸面就会发生气流分离现象。
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喘振的发生机理
结论
当流量系数大于或小于设计值时,在涡轮发动机压气机进口处会产 生气流分离现象。 流量系数过大所形成的涡流区不会继续扩大。 流量系数过小时所形成的涡流区则会继续扩大,从而在叶轮旋转的 作用下,产生强烈的分离,引起喘振。
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喘振的预防和控制
其它防喘措施
4、压气机可变进口通道面积 5、机匣处理 6、控制供油规律 7、正确操作, 精心维护发动机
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谢
谢
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喘振的概述
喘振的现象
发动机的声音由尖哨转变为低沉； 发动机的振动加大； 压气机出口总压和流量大幅度的波动； 转速不稳定，推力突然下降并且有大幅度的波动； 发动机的排气温度升高，造成超温； 严重时会发生放炮，气流中断而发生熄火停车。
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喘振的发生机理
喘振的分析
C①a ——空气的轴向分速度;C①——空气的绝对速度，u——压气机叶 轮的圆周速度;ω①—空气对压气机叶轮的相对速度; i —攻角。 流量系数
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喘振的发生机理
正常工作状态
C①a = C①a这时气流相对速度方向与叶轮的叶片前缘方向 基本一致攻角为零(i=0),不会出现气流分离现象。
华中科技大学能源与动力工程学院喘振的预防和控制通过设计喘振控制系统来防止喘振的发生
1.压气机中间级放气。转速低于设计转速时的喘振现象, 是由于压气机前几 级流量系数减少过多引起的。因此在压气机中间级的机匣上开一圈放气孔, 用放气活门控制, 使部分空气由此孔向外排出, 可增加前几级空气流量, 避免 喘振。 2.可旋转导向叶片。利用可转动的进气导向叶片, 或前几级整流静子叶片, 使 气流在叶轮进口的相对速度方向不因流量系数的减小而变陡, 仍保持有利的 角度进入叶轮, 则可避免叶片背部发生气流分离, 防止喘振发生。 3.控制供油规律。因为燃油的流量可单值地控制发动机的工作状态。当发动 机接近或进入喘振区时, 通过燃油流量的控制。可以改变发动机的状态, 从 而使发动机退出喘振区域。