基于T₄₁和T₄₅關(guān)系的渦軸發(fā)動機性能分析

楊洋 宋敏娜

摘 要：渦軸發(fā)動機燃氣渦輪轉(zhuǎn)子進口溫度T41是制約整機壽命的關(guān)鍵因素，一般情況下T41和T45有確定的對應(yīng)關(guān)系。本文基于T41和T45關(guān)系變化，對某渦軸發(fā)動機重裝后性能差異大的原因進行了分析，評估認為壓氣機導(dǎo)葉角度偏離設(shè)計值、燃燒室出口溫度場惡化導(dǎo)致同轉(zhuǎn)速下T45升高40℃?；赥41和T45關(guān)系變化的整機性能數(shù)據(jù)分析方法可分析部件性能變化，為其他渦軸發(fā)動機整機性能分析提供參考。

關(guān)鍵詞：渦軸發(fā)動機;燃氣渦輪;溫度場

中圖分類號：V235.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0083-02

0 引言

渦軸發(fā)動機燃氣渦輪轉(zhuǎn)子進口溫度T41對發(fā)動機壽命影響非常大，美軍標JSSG-2007[1]明確規(guī)定將T41作為發(fā)動機狀態(tài)定義的參數(shù)之一。一般情況下，渦軸發(fā)動機T41和T45有確定的對應(yīng)關(guān)系，整機試驗中T45可通過熱電偶測量獲取，而由于結(jié)構(gòu)布局難以實現(xiàn)和氣流溫度較高等因素，整機試驗中無法直接測量燃氣渦輪轉(zhuǎn)子進口溫度T41。本文采用氣體焓法由試驗數(shù)據(jù)推導(dǎo)出T41，分析影響T41和T45關(guān)系的因素，評估燃燒室和渦輪的部件性能，進而分析某型渦軸發(fā)動機性能差異原因。

1 氣體焓法計算T41

某渦軸發(fā)動機由帶可調(diào)導(dǎo)葉的壓氣機、燃燒室、燃氣渦輪和動力渦輪等組成，具體截面劃分見圖1，渦輪內(nèi)部截面劃分見圖2。

3.2 試驗T45和T41關(guān)系變化分析

表1可知動力渦輪導(dǎo)向器面積關(guān)小1%或燃氣渦輪導(dǎo)向器面積開大1%，同T41下T45上升2.5℃，且發(fā)動機并未更換相關(guān)零件，因此可排除燃氣渦輪和動力渦輪導(dǎo)葉面積的影響;燃氣渦輪效率下降1%，同T41下T45上升5℃，同功率下耗油率會上升1%，而試驗結(jié)果表明同功率下耗油率基本不變，因此可排除燃氣渦輪效率的影響。

由于影響T41和T45關(guān)系的因素均被排除，因此認為調(diào)整燃燒室噴嘴位置后，燃燒室出口溫度場變化導(dǎo)致T45熱電偶感受的溫度升高，比實際的截面平均溫度高20℃。燃燒室部件試驗表明周向溫度分布系數(shù)OTDF、徑向溫度分布系數(shù)RTDF分別增大了1.22%、9.23%，驗證了燃燒室出口溫度場分布發(fā)生惡化。

3.3 匹配計算

基于上述分析認為燃燒室溫度場惡化導(dǎo)致T45測試溫度上升了20℃左右，對T45進行20℃修正，單獨考慮壓氣機流量增大2.3%，同轉(zhuǎn)速下各參數(shù)計算結(jié)果見表2，各參數(shù)基本吻合。該渦軸發(fā)動機采用了可調(diào)導(dǎo)葉，受裝配影響，兩次裝配進口導(dǎo)葉角度偏差較大，重新裝配時增大了壓氣機進口截面積，使壓氣機進口換算流量增加。為維持燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，控制系統(tǒng)增加燃油流量，引起燃燒室出口溫度升高，燃氣渦輪出口氣流可用功增加，發(fā)動機功率增大。

綜合評估認為壓氣機導(dǎo)葉角度偏差、燃燒室出口溫度場惡化導(dǎo)致同轉(zhuǎn)速下測量T45升高40℃，壓氣機和燃燒室基本各占一半影響。

4 結(jié)語

以T41和T45關(guān)系為指導(dǎo)，對某渦軸發(fā)動機性能差異大的原因進行了分析，綜合評估認為壓氣機流量增加2.3%、燃燒室出口溫度場惡化導(dǎo)致同轉(zhuǎn)速下測量T45升高40℃，壓氣機和燃燒室基本各占一半影響。

壓氣機流量增大與受裝配影響的壓氣機導(dǎo)葉安裝角有關(guān)。

基于T41和T45關(guān)系變化的整機性能數(shù)據(jù)分析方法適用于分析渦軸發(fā)動機部件性能變化。

參考文獻

[1] 航空渦噴渦扇渦軸渦槳發(fā)動機聯(lián)合使用規(guī)范指南（JSSG-2007A）.于宏軍，代冰，張華譯[S].2007.

[2] ArthurH.Lefebvre， Dilip R.Ballal. Gas Turbine Combustion （3rd edition）[M]. Boca Raton：CRC Press，2010.