航空發(fā)動機(jī)高、低導(dǎo)面積匹配對轉(zhuǎn)差影響的研究

李　瑩　馬　蕾　田　波（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧　沈陽　110862）

航空發(fā)動機(jī)高、低導(dǎo)面積匹配對轉(zhuǎn)差影響的研究

李瑩馬蕾田波
（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110862）

航空發(fā)動機(jī)排除轉(zhuǎn)差時以調(diào)整高、低導(dǎo)向器面積匹配為主，但是在調(diào)整導(dǎo)向器面積時沒有具體的參數(shù)作為指導(dǎo)，只能憑借經(jīng)驗(yàn)，往往不能一次排除問題。本文對轉(zhuǎn)差的作用、概念、高低導(dǎo)向器面積的匹配以及對轉(zhuǎn)差的影響進(jìn)行了詳細(xì)的說明，得出了高、低導(dǎo)面積匹配對轉(zhuǎn)差的影響，對現(xiàn)場調(diào)整轉(zhuǎn)差起到指導(dǎo)作用。

轉(zhuǎn)差；導(dǎo)向器面積；無余量工藝

1　引言

轉(zhuǎn)差不合格是制約航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)的主要問題。平均故障發(fā)動機(jī)要反復(fù)排故很多次才能達(dá)到技術(shù)要求。轉(zhuǎn)差問題頑固的發(fā)動機(jī)重復(fù)試車次數(shù)增多，致使發(fā)動機(jī)生產(chǎn)周期過長。

轉(zhuǎn)差問題嚴(yán)重制約了航空發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)度，并額外占用大量企業(yè)資源，增加了不必要的制造成本，成為航空發(fā)動機(jī)制造的質(zhì)量技術(shù)瓶頸。本文通過理論與工程實(shí)際相結(jié)合以及大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了高低壓渦輪導(dǎo)向器最佳排氣面積控制區(qū)間和最佳高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子機(jī)匣間隙兩種方式解決轉(zhuǎn)差不合格率高的技術(shù)難題。采取了上述措施后，航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)差不合格率大幅降低，基本解決了轉(zhuǎn)差不合格故障對發(fā)動機(jī)生產(chǎn)的制約。

2　轉(zhuǎn)差的概念及影響轉(zhuǎn)差的因素

2.1 轉(zhuǎn)差的概念

轉(zhuǎn)差是航空發(fā)動機(jī)控制高壓壓氣機(jī)穩(wěn)定工作裕度的關(guān)鍵參數(shù)，即通過調(diào)整發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)差可改變高壓壓氣機(jī)共同工作線在高壓壓氣機(jī)特性圖上的位置。轉(zhuǎn)差直接影響發(fā)動機(jī)在使用中的可靠性，是航空發(fā)動機(jī)驗(yàn)收的主要指標(biāo)之一。

2.2 影響轉(zhuǎn)差的因素

一般來說，轉(zhuǎn)差故障解決措施有控制高低壓渦輪導(dǎo)向器最佳排氣面積、控制最佳高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜子機(jī)匣間隙、使用加長轉(zhuǎn)子葉片的高壓壓氣機(jī)及溫度修正試驗(yàn)試車等幾個方面，本文針對高低壓渦輪導(dǎo)向器面積匹配對轉(zhuǎn)差的影響開展一系列研究。

航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)差是：在n1=常數(shù)、噴口面積為常數(shù)的調(diào)節(jié)規(guī)律下，在中間狀態(tài)低壓相對換算轉(zhuǎn)速的條件下渦輪前燃?xì)鈸Q算溫度T3hs與高壓相對換算轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)差△S＝f。在一定的假設(shè)條件下，一定轉(zhuǎn)差下與T3hs的關(guān)系可表示為：

當(dāng)A

低導(dǎo)

、A

高導(dǎo)

確定后，則反映在一定轉(zhuǎn)差下

的關(guān)系。由此可知發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)差線一旦確定之后，高壓轉(zhuǎn)子的共同工作線也即確定，如轉(zhuǎn)差在規(guī)定的范圍內(nèi)，高壓壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作裕度即可以得到保證，同時也直接保證了發(fā)動機(jī)渦輪前溫度與高壓轉(zhuǎn)速之間良好的匹配，使發(fā)動機(jī)在可靠工作的前提下性能得以充分發(fā)揮。

3　轉(zhuǎn)差隨高、低導(dǎo)向器排氣面積變化的規(guī)律

通過查閱資料，參考航空發(fā)動機(jī)在熱力計算模型中得出：A高導(dǎo)每增加1cm2，△S約減小2.21格；A低導(dǎo)每增加1cm2，△S約增加1.21格。本文根據(jù)統(tǒng)計的多臺航空發(fā)動機(jī)高、低導(dǎo)向器排氣面積原始數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)差值，計算出轉(zhuǎn)差率。當(dāng)不考慮A低導(dǎo)時，轉(zhuǎn)差△S隨A高導(dǎo)增加而減??；當(dāng)不考慮A高導(dǎo)時，轉(zhuǎn)差△S隨A低導(dǎo)增加而增加。因?yàn)闊崃τ嬎隳Ｐ偷那疤釛l件是在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下并且保證T3不變的情況，而我們統(tǒng)計的數(shù)據(jù)中沒有考慮T3溫度和標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，因此△S隨A低導(dǎo)及A高導(dǎo)變化趨勢不是很明顯，但也足以說明△S隨A低導(dǎo)及A高導(dǎo)變化的規(guī)律。

根據(jù)轉(zhuǎn)差公式△S＝f（n2hs， T3hs）可知，在T3hs確定后，對于不同的A高導(dǎo)和A低導(dǎo)值，只要保持A低導(dǎo)/A高導(dǎo)為常數(shù)，則△S基本不變，并隨A低導(dǎo)/A高導(dǎo)的減小，△S下降。通過統(tǒng)計的多臺航空發(fā)動機(jī)的高、低導(dǎo)向器的排氣面積的數(shù)據(jù)可看出此規(guī)律性較明顯（個別點(diǎn)考慮溫度的因素為壞點(diǎn)）?！鱏隨A低導(dǎo)/A高導(dǎo)變化的規(guī)律為△S 隨A低導(dǎo)/A高導(dǎo)的增加而增加。另外，按統(tǒng)計高、低導(dǎo)面積原始值，計算出A低導(dǎo)/A高導(dǎo)數(shù)值，得出在A低導(dǎo)/A高導(dǎo)=2.427176±0.00573范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)差率為△S=0～20合格。如果注意到這一點(diǎn)則調(diào)整的合格率較高。

在實(shí)際允許的導(dǎo)向器面積調(diào)整范圍內(nèi)，設(shè)A10為調(diào)整前的高導(dǎo)排氣面積，A20為調(diào)整前低導(dǎo)排氣面積，A1為調(diào)整后的高導(dǎo)排氣面積，A2為調(diào)整后的低導(dǎo)的排氣面積，轉(zhuǎn)差的變化應(yīng)該有個經(jīng)驗(yàn)公式：δΔS=α（A2-A20）-β（A1-A10）。分析認(rèn)為：若保證高導(dǎo)面積調(diào)整前后不變而統(tǒng)計低導(dǎo)面積調(diào)整前后變化與轉(zhuǎn)差率變化的曲線，則得出的斜率即為α值。若保證低導(dǎo)面積調(diào)整前后不變而統(tǒng)計高導(dǎo)面積調(diào)整前后變化與轉(zhuǎn)差率變化的曲線，則得出的斜率即為β值。統(tǒng)計數(shù)據(jù)中有轉(zhuǎn)差不合格后調(diào)節(jié)高、低導(dǎo)面積的數(shù)據(jù)。在A1不變，只調(diào)節(jié)A2時，共統(tǒng)計了32組數(shù)據(jù)。畫出δΔS隨A2-A20變化而變化的曲線，斜率為0.2656。同時，在A2不變，只調(diào)節(jié)A1時，共統(tǒng)計了7組數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)點(diǎn)太少，沒辦法找出規(guī)律。因此得出轉(zhuǎn)差的變化可按下式估算：δΔS=0.2656（A2-A20）。

在實(shí)際試車中影響轉(zhuǎn)差率的因素非常多，如：噴口出口面積、大氣溫度、大氣含濕量等。若轉(zhuǎn)差不合格時，為了調(diào)整轉(zhuǎn)差值采取的措施也很多。如：（a）調(diào)整高低導(dǎo)向器排氣面積。（b）控制高渦葉片葉尖間隙，由原1.7～1.84內(nèi)控到1.65～1.75。（c）高壓渦輪導(dǎo)向器外環(huán)涂層采用前端面小間隙，后端面大間隙的坡度結(jié)構(gòu)。（d） 控制高渦轉(zhuǎn)子與高壓渦輪導(dǎo)向器五道封嚴(yán)篦齒的間隙值。（e） 控制低壓渦輪外環(huán)和級間封嚴(yán)環(huán)的尺寸和跳動：減小間隙。（f） 串裝高、低渦轉(zhuǎn)子。每次調(diào)節(jié)手段不唯一。因此，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)由于眾多因素的制約很難得到試驗(yàn)性驗(yàn)證和規(guī)律性。

結(jié)論

（1）當(dāng)不考慮A低導(dǎo)時，△S隨A高導(dǎo)增加而減??；當(dāng)不考慮A高導(dǎo)時，△S隨A低導(dǎo)增加而增加。

（2）在A低導(dǎo)/A高導(dǎo)=2.427176±0.00573范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)差率為△S=0～20合格。

（3）如果注意到以上兩點(diǎn)，則調(diào)整的合格率較高。轉(zhuǎn)差的變化可按下式估算：δΔS=0.2656（A2-A20）。

[1]魏選平，等.故障樹分析法及其應(yīng)用[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境實(shí)驗(yàn)，2004.

[2]陳光.航空發(fā)動機(jī)設(shè)計手冊第18冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，2000.

[3]尚義.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1995.

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