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北京航空航天大學(xué) 研究生課程實(shí)驗報告 小型航空發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗報告 共12頁(含封面) 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 任課老師： 聯(lián)系方式： 能源與動力工程學(xué)院 年 月 一、試驗簡介 1.1 試驗?zāi)康? 了解小型航空發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗過程，熟悉發(fā)動機(jī)試車臺結(jié)構(gòu)和發(fā)動機(jī)上下臺架操作步驟，了解發(fā)動機(jī)整機(jī)測試系統(tǒng)掌握發(fā)動機(jī)試車過程操作方法，學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)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(jī)上下臺架操作； b) 發(fā)動機(jī)試車過程控制操作； c) 發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)處理及總體性能計算。 1.3 發(fā)動機(jī)、試車臺以及CAT系統(tǒng)簡介 1.3.1發(fā)動機(jī)簡介 本次試驗所用的WPXX發(fā)動機(jī)是一臺小型、單軸、不帶加力燃燒室的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，主要由以下幾部分構(gòu)成： a) 壓氣機(jī)：組合式壓氣機(jī)，由一級跨音軸流壓氣機(jī)和一級單面離心壓氣機(jī)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(jī)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(jī)增壓比5.5，渦輪前溫度1200k，轉(zhuǎn)速22000r/min。 發(fā)動機(jī)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(jī)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(yīng)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(biāo)： 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(jī)參數(shù) 符號 部件參數(shù) 部件參數(shù) 轉(zhuǎn)速 N 發(fā)動機(jī)進(jìn)口總壓 燃油進(jìn)口壓力 排氣溫度 Tt5 壓氣機(jī)后總壓 尾噴口直徑 推力 F 發(fā)動機(jī)進(jìn)口總溫 增壓比 耗油率 Sfc 壓氣機(jī)后總溫 涵道比 空氣流量 Wa 滑油壓力 大氣壓力 發(fā)動機(jī)推動 Kf 滑油溫度 大氣溫度、空氣濕度  二、數(shù)據(jù)處理 2.1 相關(guān)理論知識 發(fā)動機(jī)工作參數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的換算公式： a) 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速：； b) 發(fā)動機(jī)推力：； c) 發(fā)動機(jī)渦輪后燃?xì)鉁囟龋海? d) 發(fā)動機(jī)燃油消耗量：； e) 發(fā)動機(jī)單位推力燃油消耗量：。 2.2 發(fā)動機(jī)性能曲線 根據(jù)相關(guān)公式將轉(zhuǎn)速、推力、燃?xì)鉁囟鹊葏?shù)進(jìn)行折合得到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的轉(zhuǎn)速、推力、燃?xì)鉁囟群秃挠吐?，結(jié)果如圖1所示。 (a)折合推力 (b)折合燃?xì)鉁囟? (c)折合耗油率 圖1發(fā)動機(jī)性能曲線 2.3 發(fā)動機(jī)性能擬合曲線 本文使用Matlab軟件中的polyfit(x,y,3)函數(shù)進(jìn)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(jìn)行擬合，可以得到三條三次方擬合曲線。詳細(xì)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?xì)鉁囟惹€： (2) c) 耗油率曲線： (3) 折合數(shù)據(jù)以及擬合曲線如圖2所示。 (a) 推力曲線 (b) 燃?xì)鉁囟惹€ (c)耗油率曲線 圖2發(fā)動機(jī)性能擬合曲線 2.4 發(fā)動機(jī)性能檢驗 發(fā)動機(jī)海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下性能參數(shù)為表所示。 表1發(fā)動機(jī)海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下性能參數(shù)表 工作狀態(tài) 轉(zhuǎn)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(yīng)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(jī)的不同工作狀態(tài)時發(fā)動機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的性能參數(shù)。 表2 發(fā)動機(jī)實(shí)測性能參數(shù)表 工作狀態(tài) 轉(zhuǎn)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(jù)可以看到發(fā)動機(jī)實(shí)測數(shù)據(jù)中推力比標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)稍小，耗油率在高轉(zhuǎn)速時稍大，排氣溫度達(dá)到了要求，其中各狀態(tài)下超標(biāo)參數(shù)參見表3。 表3 發(fā)動機(jī)實(shí)測性能超標(biāo)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 -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(jī)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(dǎo)致其葉尖間隙變大，機(jī)匣變形等。各部件效率下降使得發(fā)動機(jī)熱效率下降，導(dǎo)致耗油率上升，推力下降。 b) 當(dāng)天進(jìn)氣溫度較高，發(fā)動機(jī)循環(huán)增壓比下降，導(dǎo)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(jī)推力減小。 c) 由于觀測記錄儀器的原因，發(fā)動機(jī)還沒有達(dá)到當(dāng)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(dāng)時就可以進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)處理，這樣可以當(dāng)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(dǎo)入 將數(shù)據(jù)以變量形式導(dǎo)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(jié)果查看 查看workspace中的ans變量，查看擬合結(jié)果。