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北京航空航天大學(xué) 研究生課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告 小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)報(bào)告 共12頁(含封面) 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 任課老師： 聯(lián)系方式： 能源與動(dòng)力工程學(xué)院 年 月 一、試驗(yàn)簡(jiǎn)介 1.1 試驗(yàn)?zāi)康? 了解小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)過程，熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)上下臺(tái)架操作步驟，了解發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)測(cè)試系統(tǒng)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)試車過程操作方法，學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及總體性能計(jì)算。 1.2 試驗(yàn)內(nèi)容 a) 發(fā)動(dòng)機(jī)上下臺(tái)架操作； b) 發(fā)動(dòng)機(jī)試車過程控制操作； c) 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及總體性能計(jì)算。 1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)、試車臺(tái)以及CAT系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 本次試驗(yàn)所用的WPXX發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)小型、單軸、不帶加力燃燒室的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)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(jí)跨音軸流壓氣機(jī)和一級(jí)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：?jiǎn)渭?jí)軸流式渦輪； d) 尾噴管：簡(jiǎn)單收斂式不可調(diào)節(jié)的尾噴管。 發(fā)動(dòng)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(dòng)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(tái)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(dòng)供油系統(tǒng)； d) 滑油系統(tǒng)； e) 起動(dòng)系統(tǒng)； f) 電氣系統(tǒng)測(cè)試附件。 1.3.3計(jì)算機(jī)輔助測(cè)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、漂移誤差小； c) 常用的測(cè)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(dòng)態(tài)特性好； e) 接入測(cè)量系統(tǒng)時(shí)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響?。? 2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要評(píng)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(hào) 部件參數(shù) 部件參數(shù) 轉(zhuǎn)速 N 發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)推動(dòng) 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(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的換算公式： a) 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：； b) 發(fā)動(dòng)機(jī)推力：； c) 發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪后燃?xì)鉁囟龋海? d) 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量：； e) 發(fā)動(dòng)機(jī)單位推力燃油消耗量：。 2.2 發(fā)動(dòng)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)鉁囟群秃挠吐剩Y(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(dòng)機(jī)性能曲線 2.3 發(fā)動(dòng)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(jì)算給定數(shù)據(jù)組的多項(xiàng)式關(guān)系，對(duì)于本次數(shù)據(jù)處理使用三次多項(xiàng)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(jì)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(dòng)機(jī)性能擬合曲線 2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)性能檢驗(yàn) 發(fā)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工作狀態(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的性能參數(shù)。 表2 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)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(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)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(shí)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(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)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(dòng)機(jī)較長(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)推力減小。 c) 由于觀測(cè)記錄儀器的原因，發(fā)動(dòng)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(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)曲線分析是什么控制規(guī)律。 b) 希望當(dāng)時(shí)就可以進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，這樣可以當(dāng)時(shí)觀測(cè)試驗(yàn)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。