一种判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法与流程

1.本技术属于航空发动机设计领域，特别涉及一种判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法。


背景技术：

2.小涵道比航空发动机(以下简称“发动机”)低压转子抱轴是指，发动机试车后再次起动时，因低压转子与机匣碰磨，发生低压转子卡滞的现象。低压转子卡滞抱轴不容易被发现，目前只能通过摇转来判断是否发生卡滞，但每次试车前均进行摇转，尤其对于调整试车和持久试车，工作量极大，无法工程应用。
3.当发动机点火后低压转子卡滞发生时，由于低压转子未转动，风扇流通能力下降，出口流量难以满足压气机进口流量需求，高压压气机需要从外涵吸气，并且风扇未对外涵进口空气进行增压，高压压气机进口压力和外涵道空气基本等于大气压，低于涡轮后燃气压力，在流量差和压力差的作用下导致内涵道高温燃气从涡轮后机匣出口处向外涵道前方倒流，由于起动过程中涡轮后燃气温度高达700℃左右，远远超过外涵机匣的使用许用温度，进而造成外涵机匣烧蚀故障。
4.目前判断低压转子抱轴通常为人工进行摇转，该方法工作量大、效率较低，无法满足现有发动机试车需求。
5.因此如何对低压转子抱轴进行自动、准确的判断是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供了一种判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法，以解决现有技术中判断低压转子抱轴采用人工摇转的方式工作量大、效率较低的问题。
7.本技术的技术方案是：一种判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法，包括：
8.进行发动机起动试验，确定低压转子出现稳定转速时，对应高压转子的转速nh，并进一步确定抱轴相对换算转速nhr_d
判
；
9.获取设定的高压转子转速上升率，在发动机起动过程中，控制发动机按照设定的高压转子转速上升率工作，并获取在不同的高压转子转速上升率下对应的抱轴实际换算转速nhr_d
实
；
10.①
当nhr_d
实
≥nhr_d
判
时，低压转子未出现转速；
②
当低压转子出现转速，但低压转子转速上升率低于规定转速上升率，且t6排气温度不断升高，达到外涵机匣许用温度tw；当上述判据出现任一时，判定低压转子抱轴；
11.再次进行发动机起动试验，控制发动机达到上述任一判据条件时，执行停车程序，对低压转子进行摇转检查，若检查后判断出现低压转子抱轴，则判定该判据有效；在判定出两个判据均有效时，将两个判据写入数控系统，在数控系统中触发任一所述判据时，给出报警信号并执行停车程序。
12.优选地，所述抱轴相对换算转速为nhr_d
判
：
13.nhr_d
判
＝ε*nh/nhs*(288.15k/t
t2
)
0.5
14.式中，ε为低压转速修正系数，nhs为高压转子设计转速，t
t2
为发动机进口温度，k为开尔文单位。
15.本技术的一种判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法，通过先进行发动机起动试验，确定低压转子出现稳定转速时，对应高压转子的转速nh，并进一步确定抱轴相对换算转速nhr_d
判
；而后控制发动机按照设定的高压转子转速上升率工作，并获取在不同的高压转子转速上升率下对应的抱轴实际换算转速nhr_d
实
；通过设定转子完全卡滞和不完全卡滞的判据，并放入到发动机起动试验中进行验证，若验证成功，说明该判据有效，将两个判据写入数控系统。通过对发动机起动过程的转速控制和转速上升率控制形成组合判据，可以有效判断试车过程中发动机低压转子抱轴，防止抱轴造成的发动机外涵机匣烧蚀故障。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
17.图1为本技术整体流程示意图；
18.图2为本技术发动机起动过程示意图；
19.图3为本技术发动机起动过程转差关系示意图。
具体实施方式
20.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
21.一种判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法，以图2发动机起动为例进行说明，发动机起动过程中分三个阶段：从前之后分别为起动机填充段、起动点火段、起动加速段；而抱转通常发生在起动加速段。
22.如图1所示，包括如下步骤：
23.步骤s100，进行发动机起动试验，确定低压转子出现稳定转速时，对应高压转子的转速nh，并进一步确定抱轴相对换算转速nhr_d
判
；
24.可以设定低压转子的转速，在到达该指定的转速并持续在该转速运转一定时间后，则认为其达到了稳定转速。高压转子的转速nh能够通过发动机上的监控设备直接采集得到。
25.抱轴相对换算转速为nhr_d
判
：
26.nhr_d
判
＝ε*nh/nhs*(288.15k/t
t2
)
0.5
27.式中，ε为低压转速修正系数，nhs为高压转子设计转速，t
t2
为发动机进口温度，k为开尔文单位。
28.步骤s200，确定起动过程低压转子转速上升率和抱轴实际换算转速
29.获取设定的高压转子转速上升率，在发动机起动过程中，控制发动机按照设定的高压转子转速上升率工作，并获取在不同的高压转子转速上升率下对应的抱轴实际换算转速nhr_d
实
；
30.起动过程中，高压转子按照表1给定的高压转子转速上升率n2dot工作。
31.表1起动过程n2dot控制规律
[0032][0033]
起动过程高压和低压转差关系见图3，根据起动过程n2dot控制规律可得到低压转子转速上升率n1dot，并按照上式得到抱轴实际换算转速nhr_d
实
。
[0034]
步骤s300，确定转速控制和转速上升率控制构成的组合控制判据
[0035]
①
当nhr_d
实
≥nhr_d
判
时，低压转子未出现转速，说明低压转子此时完全卡死；
②
当低压转子出现转速，但低压转子转速上升率低于规定转速上升率，且t6排气温度不断升高，达到外涵机匣许用温度tw，说明低压转子出现一定幅度的卡滞；当上述判据出现任一时，判定低压转子抱轴。
[0036]
步骤s400，再次进行发动机起动试验，控制发动机达到上述任一判据条件时，执行停车程序，对低压转子进行摇转检查，若检查后判断出现低压转子抱轴，则判定该判据有效；在判定出两个判据均有效时，将两个判据写入数控系统，在数控系统中触发任一所述判据时，给出报警信号并执行停车程序。
[0037]
对于不同行信号的发动机，发动机抱轴逻辑判据可根据不同起动特性获得的试验数据进行修正。
[0038]
本技术通过先进行发动机起动试验，确定低压转子出现稳定转速时，对应高压转子的转速nh，并进一步确定抱轴相对换算转速nhr_d
判
；而后控制发动机按照设定的高压转子转速上升率工作，并获取在不同的高压转子转速上升率下对应的抱轴实际换算转速nhr_d
实
；通过设定转子完全卡滞和不完全卡滞的判据，并放入到发动机起动试验中进行验证，若验证成功，说明该判据有效，将两个判据写入数控系统。通过对发动机起动过程的转速控制和转速上升率控制形成组合判据，可以有效判断试车过程中发动机低压转子抱轴，防止抱轴造成的发动机外涵机匣烧蚀故障。
[0039]
判定判据有效后，一般不需要在进行人工摇转，通过数据系统可以直接监控发动机内是否出现低压转子抱轴，判断精准，效率较高。
[0040]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法，其特征在于，包括：进行发动机起动试验，确定低压转子出现稳定转速时，对应高压转子的转速nh，并进一步确定抱轴相对换算转速nhr_d
判
；获取设定的高压转子转速上升率，在发动机起动过程中，控制发动机按照设定的高压转子转速上升率工作，并获取在不同的高压转子转速上升率下对应的抱轴实际换算转速nhr_d
实
；
①
当nhr_d
实
≥nhr_d
判
时，低压转子未出现转速；
②
当低压转子出现转速，但低压转子转速上升率低于规定转速上升率，且t6排气温度不断升高，达到外涵机匣许用温度tw；当上述判据出现任一时，判定低压转子抱轴；再次进行发动机起动试验，控制发动机达到上述任一判据条件时，执行停车程序，对低压转子进行摇转检查，若检查后判断出现低压转子抱轴，则判定该判据有效；在判定出两个判据均有效时，将两个判据写入数控系统，在数控系统中触发任一所述判据时，给出报警信号并执行停车程序。2.如权利要求1所述的判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法，其特征在于，所述抱轴相对换算转速为nhr_d
判
：nhr_d
判
＝ε*nh/nhs*(288.15k/t
t2
)
0.5
式中，ε为低压转速修正系数，nhs为高压转子设计转速，t
t2
为发动机进口温度，k为开尔文单位。

技术总结
本申请属于航空发动机设计领域，为一种判断小涵道比航空发动机低压转子抱轴方法，通过先进行发动机起动试验，确定低压转子出现稳定转速时，对应高压转子的转速NH，并进一步确定抱轴相对换算转速nHR_D


技术研发人员：程鲁 林山 张帅 周伟 闫卫青 赵贺桃
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/21