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、試驗簡介1.1 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。1.2 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。1.3 發(fā)動機、試車臺以及CAT系統(tǒng)簡介1.3.1 發(fā)動機簡介本次試驗所用的WPXX發(fā)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：

2、a）壓氣機：組合式壓氣機，由一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13.5kg/s,壓氣機增壓比5.5,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%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、油路、起動供油系統(tǒng)；d）滑油系統(tǒng)；e）起動系統(tǒng)；f）電

3、氣系統(tǒng)測試附件。1.3.3 計算機輔助測試系統(tǒng)（CAT1）傳感器選型原則:a）靈敏度高，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??；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??；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

4、發(fā)動機推動Kf滑油溫度大氣溫度、空氣濕度、數(shù)據(jù)處理2.1 相關(guān)理論知識發(fā)動機工作參數(shù)對標準大氣條件的換算公式:a)發(fā)動機轉(zhuǎn)速:nc(r/min);b)發(fā)動機推力：Fc=F101.325(daN);P0c)發(fā)動機渦輪后燃氣溫度：Tt5c=15/88(K);273t0d)發(fā)動機燃油消耗量：Wfc=Wf101.325J288(kg/h)；P0273t0fce)發(fā)動機單包推力燃油洎耗重：sfc=(kg/daNgh)Fc2.2 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)果如圖1所示。(a)折合推力力推合折640度溫氣燃合折62060

5、0580560540520500800010000120001400016000180002000022000折合轉(zhuǎn)速（所）(b)折合燃氣溫度3.53.02.52.01.51.0800010000120001400016000180002000022000折合轉(zhuǎn)速(rpm)率油耗合折(c)折合耗油率圖1發(fā)動機性能曲線2.3 發(fā)動機性能擬合曲線本文使用Matlab軟件中的poly巾t(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)

6、關(guān)系式為：a)推力曲線：F=2.474210-r-6.635010-r7.4010T-252.4355b)燃氣溫度曲線：T=2.952410J0r3-1.046110為產(chǎn)+1.12010,r+160.3176(2)c)耗油率曲線：L=-2.061910J3r3+2.677510r2-8.443110%r+8.9618(3)折合數(shù)據(jù)以及擬合曲線如圖2所示。折合轉(zhuǎn)速(rPm)卜31力推拿(a)推力曲線折合轉(zhuǎn)速(rPm)(b)燃氣溫度曲線3.5擬合耗油率折合耗油率3.02.5w油耗合折2.01.51.0600080001000012000140001600018000200002200024000折

7、合轉(zhuǎn)速（所）（C）耗油率曲線圖2發(fā)動機性能擬合曲線2.4 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/min)(daN)Tt5(C)耗油率(kg/daN*h)最大（100%）22000833-30<740<1.12中間推力（98%）21600778-20<710<1.12最大連續(xù)（95%）20900695-20<655<1.1180%17600353-15<555<1.26慢車(48%)1050081-8<565<2.80最小(39%)860051-5<57

8、53.60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)(daN)Tt5(C)耗油率kkg/daN*h)最大（100%）22000798.8P704.91.15中間推力（98%）21600743.8674.21.14最大連續(xù)（95%）20900654.7P627.01.1380%17600343.6r500.71.27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)動機實測數(shù)據(jù)中推力比標準性能參數(shù)稍小，

9、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。-6-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)可(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%17600一+0.012.5 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，

10、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。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，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，直接分析原因或解決問題。三、附錄3.1 數(shù)據(jù)導入將數(shù)據(jù)以變量形式導入matlab,顯示在workspace中。ownioav.ftC0£FGcMueM»lu«nnB>541umC

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