北航小型航空發(fā)動機整機試驗報告.doc

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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 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)動機試車臺結構和發(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)據處理及總體性能計算。 1.2 試驗內容 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成： 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：簡單收斂式不可調節(jié)的尾噴管。 發(fā)動機的主要技術參數(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% 3 80%狀態(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) 電氣系統(tǒng)測試附件。 1.3.3計算機輔助測試系統(tǒng)（CAT） 1）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)時對測量產生的影響?。? 2）數(shù)據采集系統(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)據處理 2.1 相關理論知識 發(fā)動機工作參數(shù)對標準大氣條件的換算公式： a) 發(fā)動機轉速：； b) 發(fā)動機推力：； c) 發(fā)動機渦輪后燃氣溫度：； d) 發(fā)動機燃油消耗量：； e) 發(fā)動機單位推力燃油消耗量：。 2.2 發(fā)動機性能曲線 根據相關公式將轉速、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速、推力、燃氣溫度和耗油率，結果如圖1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 2.3 發(fā)動機性能擬合曲線 本文使用Matlab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)據組的多項式關系，對于本次數(shù)據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)關系式為： a) 推力曲線： (1) b) 燃氣溫度曲線： (2) c) 耗油率曲線： (3) 折合數(shù)據以及擬合曲線如圖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 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) 轉速 （r/min） 推力 （daN） Tt5 （℃） 耗油率 （kg/daN*h） 最大(100%) 22000 833-30 ≤740 ≤1.12 中間推力(98%) 21600 778-20 ≤710 ≤1.12 最大連續(xù)(95%) 20900 695-20 ≤655 ≤1.11 80% 17600 353-15 ≤555 ≤1.26 慢車(48%) 10500 81-8 ≤565 ≤2.80 最小(39%) 8600 51-5 ≤575 ≤3.60 將不同工作狀態(tài)對應的轉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) 轉速 （r/min） 推力 （daN） Tt5 （℃） 耗油率 （kg/daN*h） 最大(100%) 22000 798.8 704.9 1.15 中間推力(98%) 21600 743.8 674.2 1.14 最大連續(xù)(95%) 20900 654.7 627.0 1.13 80% 17600 343.6 500.7 1.27 慢車(48%) 10500 79.5 524.8 2.81 最小(39%) 8600 50.6 537.6 3.55 從表中數(shù)據可以看到發(fā)動機實測數(shù)據中推力比標準性能參數(shù)稍小，耗油率在高轉速時稍大，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。 表3 發(fā)動機實測性能超標參數(shù) 工作狀態(tài) 轉速 （r/min） 推力 （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 +0.02 80% 17600 — +0.01 2.5 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。根據控制規(guī)律，為保證轉速一定，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)或較低轉速下的推力和耗油率。因此由于轉速不足，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) 希望可以做一些關于不同控制規(guī)律的試驗，根據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)據導入 將數(shù)據以變量形式導入matlab，顯示在workspace中。 3.2 三次擬合 輸入三次擬合函數(shù)polyfit(columnK,columnN,3) 3.3 結果查看 查看workspace中的ans變量，查看擬合結果。