北航小型航空發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗(yàn)報告

1、北京航空航天大學(xué)研究生課程實(shí)驗(yàn)報告小型航空發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗(yàn)報告共12頁(含封面)學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 任課老師： 聯(lián)系方式： 能源與動力工程學(xué)院 年 月小型航空發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗(yàn)一、試驗(yàn)簡介1.1 試驗(yàn)?zāi)康牧私庑⌒秃娇瞻l(fā)動機(jī)整機(jī)試驗(yàn)過程，熟悉發(fā)動機(jī)試車臺結(jié)構(gòu)和發(fā)動機(jī)上下臺架操作步驟，了解發(fā)動機(jī)整機(jī)測試系統(tǒng)掌握發(fā)動機(jī)試車過程操作方法，學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及總體性能計(jì)算。1.2 試驗(yàn)內(nèi)容a) 發(fā)動機(jī)上下臺架操作；b) 發(fā)動機(jī)試車過程控制操作；c) 發(fā)動機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及總體性能計(jì)算。1.3 發(fā)動機(jī)、試車臺以及CAT系統(tǒng)簡介1.3.1發(fā)動機(jī)簡介本次試驗(yàn)所用的WPXX發(fā)動機(jī)是一臺小型、單軸、不帶加力燃燒室

2、的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，主要由以下幾部分構(gòu)成：a) 壓氣機(jī)：組合式壓氣機(jī)，由一級跨音軸流壓氣機(jī)和一級單面離心壓氣機(jī)組成；b) 燃燒室：軸內(nèi)供油式環(huán)形燃燒室，使用靠離心力甩油的甩油盤供油；c) 渦輪：單級軸流式渦輪；d) 尾噴管：簡單收斂式不可調(diào)節(jié)的尾噴管。發(fā)動機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：海平面靜止最大推力為850公斤，空氣流量13.5kg/s，壓氣機(jī)增壓比5.5，渦輪前溫度1200k，轉(zhuǎn)速22000r/min。發(fā)動機(jī)的主要工作狀態(tài)劃分：1最小狀態(tài)39%2慢車狀態(tài)48%380%狀態(tài)80%4最大連續(xù)狀態(tài)95%5中間狀態(tài)98%6最大狀態(tài)100%1.3.2試車臺系統(tǒng)a) 燃油系統(tǒng)；b) 數(shù)字控制系統(tǒng)；c) 油濾、油

3、路、起動供油系統(tǒng)；d) 滑油系統(tǒng)；e) 起動系統(tǒng)；f) 電氣系統(tǒng)測試附件。1.3.3計(jì)算機(jī)輔助測試系統(tǒng)（CAT）1）傳感器選型原則：a) 靈敏度高，輸入和輸出之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系；b) 噪聲小，滯后、漂移誤差??；c) 常用的測量值大小約為傳感器最大量程的2/3左右，最小值不低于1/3；d) 動態(tài)特性好；e) 接入測量系統(tǒng)時對測量產(chǎn)生的影響小；2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要評定指標(biāo)：a) 分辨率b) 采集速度c) 線性度d) 誤差限3）CAT系統(tǒng)：與一般系統(tǒng)相比，CAT系統(tǒng)包含了數(shù)采數(shù)據(jù)又高于數(shù)采系統(tǒng)。整機(jī)參數(shù)符號部件參數(shù)部件參數(shù)轉(zhuǎn)速N發(fā)動機(jī)進(jìn)口總壓燃油進(jìn)口壓力排氣溫度Tt5壓氣機(jī)后總壓尾噴口直徑推

4、力F發(fā)動機(jī)進(jìn)口總溫增壓比耗油率Sfc壓氣機(jī)后總溫涵道比空氣流量Wa滑油壓力大氣壓力發(fā)動機(jī)推動Kf滑油溫度大氣溫度、空氣濕度二、數(shù)據(jù)處理2.1 相關(guān)理論知識發(fā)動機(jī)工作參數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的換算公式：a) 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速：；b) 發(fā)動機(jī)推力：；c) 發(fā)動機(jī)渦輪后燃?xì)鉁囟龋?；d) 發(fā)動機(jī)燃油消耗量：；e) 發(fā)動機(jī)單位推力燃油消耗量：。2.2 發(fā)動機(jī)性能曲線根據(jù)相關(guān)公式將轉(zhuǎn)速、推力、燃?xì)鉁囟鹊葏?shù)進(jìn)行折合得到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的轉(zhuǎn)速、推力、燃?xì)鉁囟群秃挠吐剩Y(jié)果如圖1所示。(a)折合推力(b)折合燃?xì)鉁囟?c)折合耗油率圖1發(fā)動機(jī)性能曲線2.3 發(fā)動機(jī)性能擬合曲線本文使用Matlab軟件中的polyfit(x,

5、y,3)函數(shù)進(jìn)行擬合。該擬合函數(shù)可以使用最小二乘法計(jì)算給定數(shù)據(jù)組的多項(xiàng)式關(guān)系，對于本次數(shù)據(jù)處理使用三次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，可以得到三條三次方擬合曲線。詳細(xì)的擬合步驟參見附錄。通過Matlab的計(jì)算得到三條曲線的函數(shù)關(guān)系式為：a) 推力曲線：(1)b) 燃?xì)鉁囟惹€：(2)c) 耗油率曲線：(3)折合數(shù)據(jù)以及擬合曲線如圖2所示。(a) 推力曲線(b) 燃?xì)鉁囟惹€(c)耗油率曲線圖2發(fā)動機(jī)性能擬合曲線2.4 發(fā)動機(jī)性能檢驗(yàn)發(fā)動機(jī)海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下性能參數(shù)為表所示。表1發(fā)動機(jī)海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下性能參數(shù)表工作狀態(tài)轉(zhuǎn)速（r/min）推力（daN）Tt5（）耗油率（kg/daN*h）最大(100%)22

6、000833-307401.12中間推力(98%)21600778-207101.12最大連續(xù)(95%)20900695-206551.1180%17600353-155551.26慢車(48%)1050081-85652.80最小(39%)860051-55753.60將不同工作狀態(tài)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速代入到上一步擬合所得的曲線中可以得到測試發(fā)動機(jī)的不同工作狀態(tài)時發(fā)動機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的性能參數(shù)。表2 發(fā)動機(jī)實(shí)測性能參數(shù)表工作狀態(tài)轉(zhuǎn)速（r/min）推力（daN）Tt5（）耗油率（kg/daN*h）最大(100%)22000798.8704.91.15中間推力(98%)21600743.8674.21.

7、14最大連續(xù)(95%)20900654.7627.01.1380%17600343.6500.71.27慢車(48%)1050079.5524.82.81最小(39%)860050.6537.63.55從表中數(shù)據(jù)可以看到發(fā)動機(jī)實(shí)測數(shù)據(jù)中推力比標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)稍小，耗油率在高轉(zhuǎn)速時稍大，排氣溫度達(dá)到了要求，其中各狀態(tài)下超標(biāo)參數(shù)參見表3。表3 發(fā)動機(jī)實(shí)測性能超標(biāo)參數(shù)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)速（r/min）推力（daN）耗油率（kg/daN*h）最大(100%)22000-4.2+0.03中間推力(98%)21600-14.2+0.02最大連續(xù)(95%)20900-20.3+0.0280%17600+0.012.5

8、原因分析a) 由于發(fā)動機(jī)較長時間使用，發(fā)生老化和性能衰退，例如：葉片葉尖磨損導(dǎo)致其葉尖間隙變大，機(jī)匣變形等。各部件效率下降使得發(fā)動機(jī)熱效率下降，導(dǎo)致耗油率上升，推力下降。b) 當(dāng)天進(jìn)氣溫度較高，發(fā)動機(jī)循環(huán)增壓比下降，導(dǎo)致燃燒效率下降，循環(huán)功下降。根據(jù)控制規(guī)律，為保證轉(zhuǎn)速一定，耗油率增加，發(fā)動機(jī)推力減小。c) 由于觀測記錄儀器的原因，發(fā)動機(jī)還沒有達(dá)到當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定狀態(tài)就記錄，那么記錄的是過度狀態(tài)或較低轉(zhuǎn)速下的推力和耗油率。因此由于轉(zhuǎn)速不足，推力減小，循環(huán)增壓比較小，燃燒效率下降，耗油率上升。2.6 課程建議a) 希望可以做一些關(guān)于不同控制規(guī)律的試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)曲線分析是什么控制規(guī)律。b) 希望當(dāng)時就可以進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，這樣可以當(dāng)時觀測試驗(yàn)現(xiàn)象，直接分析原因或解