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      航空发动机/燃气轮机轴流压气机失稳监测仪器研究进展
      发稿时间:2020-01-16         作者:文/刘洋          来源:先进燃气轮机实验室     【字号:

        航空发动机/燃气轮机中的风扇/压气机的稳定性决定了航空发动机/燃气轮机整机的稳定性。在轴流压气机内部,气流的强增压过程决定了其具有气动失稳的特性,其中喘振与旋转失速是轴流压气机中两类典型的气动不稳定性状态。事实证明,在轴流压气机进入不稳定状态后,会增加涡轮的负荷和热应力,诱发轴流压气机叶片的强迫振动,甚至有可能对发动机造成不可逆损害,影响飞行安全。 

        现代高性能发动机为了保证压气机的稳定运行,一般要留有充足的稳定裕度,使得压气机偏离稳定性边界的右下方工况点工作。目前军用航空发动机的稳定裕度在20%~25%。因此压气机的设计面临着高气动性能与稳定性的矛盾,此外,航空发动机的发展趋势表明,随着压比越来越高,在尺寸及重量的限制下,级负荷越来越高,如何在保证稳定性的前提下提高压比及效率成为压气机设计时需要重点考虑的问题。此外,在飞机大仰角飞行、舰载弹射飞机吸入蒸汽、战斗机采用S形进气道设计等情况下,压气机进气畸变对于压气机稳定性的影响不容忽视。目前还没有形成一套在压气机进气畸变情况下预测压气机稳定性的完备技术,因此,进行在进气畸变条件下的压气机稳定性研究具有重要战略意义。 

        研究所先进燃气轮机实验室长期致力于压气机稳定性研究,目前重点关注压气机不同进气畸变对于压气机稳定性及失稳起始的影响机制。项目研究团队采用自/互相关分析、一维连续小波分析等手段对均匀来流下的轴流压气机稳定性进行了预测,通过检测失速先兆/前失速先兆来实现压气机的失速预警,取得了较好的效果。研究人员在其低速三级轴流压气机实验台上,采用快速小波分析、自/互相关分析对于突尖型失速先兆、模态波型失速先兆进行了检测(图1)。随后在三级压气机上实施快速小波分析,在均匀来流下通过对第一级的稳定性预测实现了多级压气机的失速预警;并在实施叶顶喷气这一扩稳措施以及进气径向畸变的情况下成功预测了压气机的稳定性。目前,在对压气机实施连续节流来靠近压气机稳定性边界时,采用快速小波分析、自/互相关分析实现了压气机的失速预警,并针对以上几种压气机失速预警的方法进行了比较,试图在压气机失速预警方法选择上给出建议及指导。 

        以上研究得到了航空发动机及燃气轮机国家科技重大专项、国家自然科学基金、中国科学院科研仪器设备研制等项目的支持。相关研究成果已在欧洲燃气轮机会议(ETC)、国际燃气轮机会议(IGTC),热科学学报上发表(Journal of Thermal Science, 2019, Vol.28(5): 837-849)。 


      1 快速小波分析对两种失速先兆类型的检测 

           
         
       
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