北航小型航空發(fā)動機整機試驗報告

1、北京航空航天大學研究生課程實驗報告小型航空發(fā)動機整機試驗報告共 12 頁（ 含封面）學生姓名：學生學號：任課老師：聯(lián)系方式：能源與動力工程學院年月一、試驗簡介試驗目的了解小型航空發(fā)動機整機試驗過程， 熟悉發(fā)動機試車臺結(jié)構(gòu)和發(fā)動機上下臺架操作步驟， 了解發(fā)動機整機測試系統(tǒng)掌握發(fā)動機試車過程操作方法，學習發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)處理及總 體性能計算。試驗內(nèi)容a）發(fā)動機上下臺架操作；b）發(fā)動機試車過程控制操作；c）發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)處理及總體性能計算。發(fā)動機、試車臺以及CAT系統(tǒng)簡介本次試驗所用的 WPX茨動機是一臺小型、單軸、不帶加力燃燒室的渦輪噴氣發(fā)動機，主 要由以下幾部分構(gòu)成：a）壓氣機：組合式壓氣機，由一

2、級跨音軸流壓氣機和一級單面離心壓氣機組成；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s,壓氣機增壓比, 渦輪前溫度1200k，轉(zhuǎn)速22000r/min。發(fā)動機的主要工作狀態(tài)劃分：1最小狀態(tài)39%2慢車狀態(tài)48%380%犬態(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%臺系統(tǒng)a）燃油系統(tǒng)；b）數(shù)字控制系統(tǒng)；c）油濾、油路、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。輔助測試系統(tǒng)（CAT1）傳感器選型原則：a）靈敏

3、度高，輸入和輸出之間應具有良好的線性關(guān)系；b）噪聲小，滯后、漂移誤差?。籧）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??；2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要評定指標：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)。整機參數(shù)符號部件參數(shù)部件參數(shù)轉(zhuǎn)速N發(fā)動機進口總壓燃油進口壓力排氣溫度Tt5壓氣機后總壓尾噴口直徑推力F發(fā)動機進口總溫增壓比耗油率Sfc壓氣機后總溫涵道比空氣流量Wa滑油壓力大氣壓力發(fā)動機推動Kf滑油溫度大氣溫度、空氣濕度二、數(shù)據(jù)處理相關(guān)理論知識發(fā)動機工

4、作參數(shù)對標準大氣條件的換算公式:a)b)c)d)e)n 27238t0 (r/min)；發(fā)動機推力：Fc F 101.325 (daN )；P0發(fā)動機轉(zhuǎn)速：nc發(fā)動機渦輪后燃氣溫度:Tt5cTt5288(K)；273 to288發(fā)動機燃油消耗量：Wfc Wf 101.325 2匚(kg/h)； 發(fā)動機單位推力燃油消耗量：sfc Wfc (kg/daNgh)。FcPo發(fā)動機性能曲線根據(jù)相關(guān)公式將轉(zhuǎn)速、推力、燃氣溫度等參數(shù)進行折合得到標準大氣條件下的轉(zhuǎn)速、推 力、燃氣溫度和耗油率，結(jié)果如所示。(a) 折合推力(b) 折合燃氣溫度(c) 折合耗油率圖1發(fā)動機性能曲線發(fā)動機性能擬合曲線本文使用Matl

5、ab軟件中的polyfit(x,y,3)函數(shù)進行擬合。該擬合函數(shù)可以使用最小二乘法計算給定數(shù)據(jù)組的多項式關(guān)系，對于本次數(shù)據(jù)處理使用三次多項式進行擬合，可以得 到三條三次方擬合曲線。詳細的擬合步驟參見附錄。通過Matlab的計算得到三條曲線的函數(shù)關(guān)系式為：a)推力曲線：(1)b)燃氣溫度曲線:c)耗油率曲線:折合數(shù)據(jù)以及擬合曲線如圖2所示(a) 推力曲線(b) 燃氣溫度曲線(c) 耗油率曲線圖2發(fā)動機性能擬合曲線發(fā)動機性能檢驗發(fā)動機海平面標準大氣條件下性能參數(shù)為表所示 表1發(fā)動機海平面標準大氣條件下性能參數(shù)表工作狀態(tài)轉(zhuǎn)速(r/mi n )力(daN)Tt5(C)耗油率(kg/daN*h )最大(

6、100%)22000 :833-30W 740W中間推力(98%)21600778-20W 710W最大連續(xù)(95%)20900:695-20W 655W80%17600353-15W 555W慢車(48%)1050081-8W 565W最小(39%)860051-5W 575W將不同工作狀態(tài)對應的轉(zhuǎn)速代入到上一步擬合所得的曲線中可以得到測試發(fā)動機的不同 工作狀態(tài)時發(fā)動機在標準大氣條件下的性能參數(shù)。表2發(fā)動機實測性能參數(shù)表工作狀態(tài)轉(zhuǎn)速(r/min )推力(daN)Tt5(C)耗油率(kg/daN*h )最大(100%)22000中間推力(98%)21600最大連續(xù)(95%)2090080%17

7、600慢車(48%)10500最小(39%)8600從表中數(shù)據(jù)可以看到發(fā)動機實測數(shù)據(jù)中推力比標準性能參數(shù)稍小，耗油率在高轉(zhuǎn)速時稍 大，排氣溫度達到了要求，其中各狀態(tài)下超標參數(shù)參見。表3發(fā)動機實測性能超標參數(shù)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)速(r/min )推力(daN)耗油率(kg/daN*h )最大(100%)22000+中間推力(98%)21600+最大連續(xù)(95%)20900+80%17600一+原因分析a) 由于發(fā)動機較長時間使用，發(fā)生老化和性能衰退，例如：葉片葉尖磨損導致其葉尖間隙變大，機匣變形等。各部件效率下降使得發(fā)動機熱效率下降，導致耗油率上升，推力下降。b) 當天進氣溫度較高，發(fā)動機循環(huán)增壓比下降，導致燃燒效率下降，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)動機推力減小。c) 由于觀測記錄儀器的原因，發(fā)動機還沒有達到當前轉(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。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，根據(jù)試驗曲線分析是什么控制規(guī)律。b) 希望當時就可以進行試驗數(shù)據(jù)處理， 這樣可以當時觀測試驗現(xiàn)象，直接分析原因