周向穩態總壓畸變是指進氣道出口氣流沿圓周方向的總壓不均勻性與時間無關。
基本介紹
- 中文名：周向穩態總壓畸變
- 外文名：Circumferential steady-state total pressure distortion
- 領域：航空航天工程
- 類型：理論術語
簡介,總壓畸變的傳遞和總溫畸變生成係數,尋找最大瞬時畸變的確定性方法,
簡介
周向穩態總壓畸變，如果進氣道出口氣流沿圓周方向的總壓不均勻性與時間無關, 則稱之為周向穩態總壓畸變。
1. 周向穩態總壓畸變影響發動機壓縮系統穩定性的原因
周向穩態總壓畸變影響發動機穩定性的原因可以由平行壓氣機理論解釋。假定有 180°的周向總壓畸變,平行壓氣機理論的要點是 :
(1 ) 將整個壓氣機沿周向分成工作於高壓區和低壓區的兩個子壓氣機, 子壓氣機具有與原壓氣機相同的特性曲線;
(2 ) 子壓氣機各自獨立的工作, 互不干涉;
(3 ) 子壓氣機出口有相同的靜壓;
(4 ) 當一個子壓氣機喘振時即認為整個壓氣機喘振。
由於兩個子壓氣機有相同的換算轉速且出口靜壓相同， 所以高壓區的子壓氣機的工作點F 位於等換算轉速線的下方，而低壓區的子壓氣機工作點位於等換算轉速線上方。當低壓區的子壓氣機工作點進入喘振邊界 S 點時，整個壓氣機喘振。因此, 這時整個壓氣機的喘振點是兩個壓氣機工作點的平均點 S。這就是說, 總壓畸變使壓氣機的喘振邊界下移， 穩定裕度減小。其物理意義是，當進氣均勻時，壓氣機進口第一級的每一個葉片的軸向速度是相同的, 又因為切向速度相同,所以速度矢量三角形一樣。如果進氣總壓不均勻, 則低壓區軸向速度小,故攻角大。低壓區總壓小到一定程度就會引起壓氣機的不穩定。發動機在飛機上使用時, 進氣道出口總壓畸變可能導致發動機壓縮系統的不穩定工作。新飛機系統的研製,應該在整個的飛行包線範圍內都保證有正的剩餘喘振裕度。在發動機的研製過程中,必須給予壓縮系統的穩定性以足夠的重視, 從理論和試驗兩個方面研究發動機對進氣畸變的回響。從飛機的角度,需要一系列廣泛的風洞試驗縮尺的飛機和進氣道模型, 隨著研製過程的進展,縮尺比例變化為 1/ 20, 1/ 6, 1/ 3,全尺寸。
總壓畸變的傳遞和總溫畸變生成係數
按照平行壓氣機理論,低壓區子壓氣機的加工量較大, 因而增壓比較高, 所以當總壓畸變通過壓縮部件時,一般說總壓畸變是衰減的。既然低壓區子壓氣機的增壓比較高, 因而其出口的總溫較高,故單純的總壓畸變通過壓縮部件時將產生總溫畸變。對於雙轉子發動機, 假定低壓壓氣機進口是單純總壓畸變, 要預測其對高壓壓氣機的影響,必須考慮低壓壓氣機的總壓傳遞係數和總溫生成係數。
根據動態壓力畸變的研究資料,可將動態總壓畸變的主要方面小結如下:
(1 ) 在進氣道方面, 動態總壓畸變的實質是出口流場包含隨機的旋渦。但是把渦與發動機的抗畸變容限關聯起來的結果不能令人滿意, 同時在飛行條件下渦的測量比較困難。根據Crocos 理論, 渦可以反映在總壓的變化之中,所以選取隨時間變化的總壓畸變性來衡量進氣道出口流場的不均勻性。
(2 ) 進氣道的總壓畸變必須持續足夠長的時間發動機才能回響, 時間持續足夠長的最大總壓畸變稱為最大瞬時畸變。最大瞬時畸變對發動機壓縮系統穩定性的影響, 如同穩態總壓畸變的影響一樣。所謂足夠長的時間,一般是轉子轉動 0 .5～1 轉的時間。也就是說, 測得的高頻壓力信號需要濾波(或時間平均) 。輸入濾波,即對壓力信號濾波與對輸出濾波( 即對計算的畸變因子濾波)的結果是不同的。既然發動機對高頻的壓力畸變不能回響, 所以應該是輸入濾波。
(3 ) 在分析進氣道/ 發動機試驗引起失速的畸變型時,必須考慮畸變傳遞到首發級的時間和失速細胞發展起動喘振的時間,否則不能找到真正引起喘振的那個畸變型。
(4 ) 發動機壓縮系統的各個部件都影響發動機對總壓畸變的容限。畸變經過壓縮部件一般是衰減的,好的設計可使畸變很快衰減, 以改善發動機對畸變的阻抗。進氣道的動態總壓畸變,關鍵是尋找最大瞬時畸變。尋找最大瞬時畸變有各種各樣的方法,其中最可靠的方法是確定性方法。
尋找最大瞬時畸變的確定性方法
尋找最大瞬時畸變的確定性方法系統主要包括兩個子系統。
1. 數據採集子系統
該子系統負責完成氣動交界面上 40～48 點的動態總壓高速採集和儲存, 並完成濾波計算;負責完成氣動交界面上 40～48 點的穩態總壓的採集和儲存,以保存試驗過程的全部參數。
2. 畸變描述元素的計運算元系統
該子系統應具有如下主要功能:
(1 ) 將各個測點測量的穩態總壓和脈動總壓合成動態總壓, 實時地計算畸變描述元素( 畸變指標) , 尋找峰值;
(2 ) 在峰值附近, 可以進行深入分析,繪製瞬時動態總壓圖譜等;
(3 ) 動態信號低通濾波器的截至頻率, 可按要求進行調節;
(4 ) 可對動態總壓和畸變指標進行統計分析等。
確定性方法的特點是:方法可靠, 但需要的儀表多、試驗的時間長、處理的數據多、成本高等。
