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发动机可调尾喷口调节原理分析

时间:2014-07-10 14:18来源:www.zglwb.com 作者:冯宝 鲁晓红 点击:
【摘 要】 该发动机可调尾喷口类型为轴对称收敛--扩张、带外调节片的超音速全状态可调型尾喷口,其调节器为液压机械式,其调节规律主要应用于涡扇型发动机的节流、最大和加力状态调节尾喷口的喷口临界截面积,并根据发动机进口空气总温、油门杆位置及涡轮落

  【摘 要】 该发动机可调尾喷口类型为轴对称收敛--扩张、带外调节片的超音速全状态可调型尾喷口,其调节器为液压机械式,其调节规律主要应用于涡扇型发动机的节流、最大和加力状态调节尾喷口的喷口临界截面积,并根据发动机进口空气总温、油门杆位置及涡轮落压比动态给定喷口临界截面积,从而保障发动机的设计推力及最小稳定欲度。

  【关键词】 尾喷口 落压比 喷口临界截面积

  1 引言

  发动机的可调尾喷口可根据发动机的具体工作状态及自动调节器的离散指令调节尾喷口的喷口临界截面积,从而保障发动机的推力损失达到最小的状态。据估计,当速度Ma<3时,收敛性尾喷口的推力损失为10%,当Ma=3时,推力损失达到50%,为此,当速度Ma>3时,为了保证加力燃烧室燃气能够充分膨胀,以减小推力损失,不论有无加力燃烧室,发动机都应采用收敛扩散型的可调节超音速尾喷口。本文主要讨论收敛--扩散型尾喷口根据发动机高压转子N2转子转速、油门杆指令以及自动调节器给定离散指令的调节规律,以便于相关技术人员了解某型发动机收敛--扩散型尾喷口调节原理,进行理论分析,对外场的排故工作也有着重要的指导意义。

  2 收敛--扩散型尾喷口喷口临界截面积调节系统概述

  喷口临界截面积调节系统的作用在于根据油门杆指令α和发动机进口温度T1以及发动机的自动调节器的离散指令,来调节喷口临界截面的面积。

  3 发动机收敛--扩散尾喷口的组成

  (1)尾喷口构造及组成:某型发动机尾喷口的收敛段固定且不可调节,扩散段靠多块调节片调节,喷口的喉部和出口面积随燃气膨胀比的变化放大或缩小,全状态可调,这样可以使燃气在加力燃烧室内完全膨胀,从而保证发动机加力燃烧室的稳定燃烧。喷口结构主要由亚音速喷管、超音速部件、喷口出口截面调节机构及带弹簧片的外调节片等组成;调节片的协调传动机构由液压作动筒及相关连杆机构组成;超音速调节片协调机构由摇臂及相关连杆和外部密封调节片组成。其功用是根据外界条件和工作状态的变化,使喷口处于最佳工作状态,带弹性片的外调节片可以保证机身和喷管平滑的过渡,降低阻力。

  (2)喷口临界截面积调节系统的组成:喷口临界截面积调节系统主要由柱塞泵、柱塞泵控制附件、液压延迟器、温度信号转换器、喷口调节器程序机构、落压比调节器、落压比调节器重调活门、节流状态喷口控制活门、喷口重调机构、着陆关小喷口电磁活门等。

  其中,柱塞泵及柱塞泵控制附件作用是根据喷口作动筒低压腔压力的大小,调节柱塞泵后的出口压力,是喷口动作的驱动力;液压延迟器用来在加力状态,将油门杆的位置变化为喷口加力调节器及加力燃油调节器的控制指令;温度信号转换器用于将发动机进口温度T1的线性油压转变成喷口临界截面积修正的位移量和加力供油比的修正;喷口调节器程序机构用于根据给定的发动机进口温度T1和油门杆角度控制喷口临界截面积;落压比调节器用于在发动机处于最大和加力状态保持给定的落压比πt不变;落压比调节器重调活门是在发动机进入加力状态点火时,根据自动调节器的指令,使喷口临界截面积进一步预放;节流状态喷口控制活门作用是根据高压转子换算转速,关小或打开喷口临界截面;喷口临界截面积重调机构的作用是,当发动机预放和消除喘振系统投入工作时,根据油压指令进一步打开喷口,消除喘振;着陆关小电磁活门,根据离散指令,为保持一定的推力,防止着陆迎角过大,造成喷口触地,进行关小喷口动作。

  4 收敛--扩散型尾喷口喷口临界截面积调节系统调节计划及规律

  喷口临界截面积控制调节系统主要由两个控制调节器组成,即喷口临界截面积调节器(为程序式的开环控制系统)和落压比调节器(为闭环控制系统),由此,发动机喷口分为由下几个阶段调节:

  当推油门杆加速时:

  (1)发动机起动直至高压转子换算转速小于(803)%时,发动机的实际落压比小于落压比调节器给定设置的落压比时,节流状态喷口控制活门中的分油活门处于右极限,关闭定压油通往落压比调节器关闭机构的油路,此时,发动机喷口为大喷口,目的是便于发动机起动成功和保证加速性。

  (2)当发动机高压转子转速大于(803)%且油门杆角度小于62+3度时,发动机高压转子转速不增大,节流状态喷口控制活门中的分油柱塞和不断线性增大,当达到(803)%时,分油柱塞左移,最终使分油活门下移,从而关小喷口。

  (3)当油门杆推至超过62+3度至最大状态,一方面发动机喷口继续保持在最小喷口状态,以保证发动机的推力;另一方面油门杆角度达到62度时,液压延迟器参与工作,节流状态喷口控制活门退出工作,喷口改为喷口加力调节器根据油门杆指令控制。当继续推油门直至最大状态时,落压比调节器开始投入工作,保持发动机给定的落压比不变。

  (4)当发动机由最大状态接通加力时,此时为了满足发动机加力燃烧室的点火成功,自动调节器向最小加力电磁活门发出离散指令,喷口加力调节器按最小加力状态调节喷口临界截面积。同时,定压活门来油至落压比调节器膜盒腔,使其上腔压力减小,落压比小于给定落压比,喷口进行预放动作,保证加力点火的成功。继续推油门杆至全加力时,喷口临界截面积根据油门杆指令和发动机进口温度T1的指令的不断增大,落压比调节器调节喷口临界截面积保证落压比始终不变。

  当收油门杆时:

  喷口临界截面积调节计划不变,基本为相反过程,这里不在赘述,需要说明的是,为了避免发动机喷口在收放转速附近反复协动,将放喷口转速设定为n2np≥74%,以避开加速时收喷口转速。

  着陆时喷口临界截面积的调节:

  着陆时,为了保证大迎角所需的推力及防止喷口触地,当同时满足:起落架放下,速度大于220km/h,高压转子转速n2≤91.5时,起落架8G开关接通,中央大气数据计算机1FXA/27给出正电,自动启动装置K23接通,自动调节器216KXA/15断电,自动启动装置K5保持常闭,输出正电至着陆关小电磁活门,并使活门打开,定压活门来油通往落压比调节器关断活塞的右边,发动机关小喷口。当速度小于220km/h时,电气指令撤销,落压比调节器调节喷口为大喷口。

  5 结语

  本文介绍了可调尾喷口的调节原理及调节计划,对外场及厂内试车工程技术人员有重要的指导意义,也可以应用于外场排故。由于知识水平有限,难免有疏漏,还请批评指正。

  参考文献:

  [1]《航空发动机原理》.西北工业大学,2005.

  [2]《航空发动机结构分析》.西北工业大学,2006.


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