压气机防喘系统

压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的振荡现象。压气机喘振是多级轴流式压气机始终要面对的课题。

多级轴流式压气机喘振本质上的原因是，当发动机在非设计状态工作时，压气机前面增压级和后面增压级的流通能力不匹配，因而造成了前喘后涡或前涡后喘的现象。

要保证压气机稳定工作，根本措施就是合理控制流经压气机各级的空气流量，使之与流通能力相匹配，保持空气流动的平稳与连续。

为了改善压气机的工作特性，扩大稳定工作范围，在现代高增压比的轴流式压气机上均安装有防喘振装置。

按其结构形式，可分为放气机构、压气机进口可变弯度导流叶片或可转导流叶片、可转整流叶片、双转子或多转子压气机和机匣处理等。

把空气从压气机中间级放出（或从低压压气机后放出）是改善压气机特性，扩大稳定工作范围的简单而有效的方法，可用于防止前喘后涡型的喘振。此种方法的缺点是放气时会使发动机震动和效率降低。

放气机构的主要类型有放气活门、放气带和放气窗。它们都是在发动机起动和低转速范围内（即低增压比时）打开，当接近发动机设计状态时就关闭，所以放气系统的调节器通常都感受转速或者增压比。

（1）放气活门

放气活门一般由若干个放气活门和控制元件组成。通过液压或气压作动筒来操纵。气动式放气活门结构及工作原理，一般用于双转子发动机起动时的放气。WP7发动机的起动放气属于这种类型。

（2）放气带

放气带机构主要由放气带、放气孔、作动筒和控制元件等组成。放气孔在压气机中后部某一级机匣外沿周向分布，用弹性钢制放气带束住。放气带由作动筒操纵，放气带松弛时，气流可由放气孔排出，从而减少进入压气机后面级的空气流量；放气带束紧时停止放气。

WP6，WP8发动机都是采用这种方法在起动和低功率状态防喘。

放气孔的位置和数目应满足尽量减少对转子叶片前的速度场和压力场影响的要求，否则会引起叶片剧烈振动甚至折断。放气带的束紧度要经过精细计算，偏松时会产生漏气，过紧则可能造成放气带折断。当其用于双发飞机时，还要考虑单发起动时先起动发动机放气对后起动发动机的影响。

（3）放气窗放气机构是大涵道比涡扇发动机普遍采用的防喘方式，一般用于在低压压气机出口放气，以减少进入高压压气机的空气流量。该机构由环形放气窗、放气封严环、作动筒及控制元件等组成。

防止压气机喘振的另一措施是在压气机进口采用可转的导流叶片或变弯度导流叶片。当压气机在非设计状态工作时，进口变弯度导流叶片的尾部扭转一个角度，使压气机进口预旋量相应改变。这样就可使第一级转子叶片进口气流的攻角恢复到接近设计状态的数值，消除了叶背上的气流分离，避免了喘振现象的发生。若采用进口可转导流叶片，则是整个叶身一起扭转。这样在改变第一级转子叶片进口气流的攻角的同时，还改变（减小）了压气机进口的流通面积，减小空气流量。

进口可转导流叶片机构由带内外圆柱轴颈的导流叶片、摇臂、联动环、作动筒和控制器等组成。联动环及作动简组成操纵机构，可分为外操纵和内操纵两种方案。如果操纵机构在机匣外部，则称为外操纵方案；如果操纵机构在轴承机匣或整流机匣内壳体里面，则称为内操纵方案。进口可转导流叶片系安装在压气机进口处，所以叶片通常都有内、外两个支座。可转叶片由作动筒在控制器指令下操纵。作动筒的操纵杆带动联动环转动，联动环带动该级全部导流叶片的摇臂使所有叶片同步转动一个相应角度。

可变弯度的进口导流叶片由前、后两段组成。前段固定，保持气流轴向进入；后段铰接，可连续调节，保证转子叶片最有利的进入角。如在F100发动机上，进口导流叶片前段的内、外端分别与整流锥和风扇机匣焊接在一起。后段可转动尾部的内、外端均有一转轴。外端转轴借摇臂与一共同的作动环相联，作动环由两个气压作动筒操纵。在J85发动机的可变弯度进口导流叶片上，后段可转动尾部随发动机折合转速而改变，与放气活门协同动作。

进口可转导流叶片和变弯度导流叶片都只能使第一级转子叶片进口气流的攻角恢复到接近设计状态的数值，消除其叶背上的气流分离，而不能使第一级后面的若干级转子叶片进口气流的攻角也接近到设计状态的数值。所以，在先进发动机上采用多级可调静子叶片（VSV）的方法，使压气机的稳定工作范围更宽，达到更好的防喘作用。

多级可调静子叶片防喘机构均采用外操纵方案，主要由可转静子叶片、摇臂、联动环、曲轴、作动筒和控制器等组成。

为了避免在叶尖处产生旋转失速，利用吹气和放气来控制附面层是非常有效的。但是试验过程中发现，即使放气量为零，只要在风扇和压气机转子外侧的机匣内表面上采用一些特殊的结构措施，就能使失速裕度大大改善。

常见的结构措施有：在机匣内壁上加工成环槽、斜槽或者安装蜂窝结构环。带有这类结构措施的机匣称为机匣处理。在WP13发动机第一级转子叶片外围机匣内表面上安装的、由吹气叶片(扰流片)组成的吹气盒就是机匣处理的一种形式。

把压气机设计成双转子的或三转子的，也是重要的防喘措施之一。所谓双转子或三转子压气机是由两个或三个转子组成，各转子的轴是套在一起，但转速不同。内袖的转速最低，相应的压气机在最前端，称为低压压气机；外轴的转速最高，相应的压气机在最后端，称为高压压气机。对于三转子压气机则有中压转子，其位置、轴和转速都居中。各转子分别由各自的涡轮驱动。

在相同总增压比及总级数时，当压气机转子分开后每个转子的级数减少，同时各转子可以在各自的最佳转速工作(如风扇要求的工作转速低，高压压气机需要高转速以增大加功量)。当压气机在非设计状态工作时，较少的级数可以减小前后各级压气机流通能力的差异。另外，转子的转速可以实现自动调节：前面的低压压气机转速降低，从而减少进入压气机的空气流量；后面的高压压气机转速提高(但不超过最大限制转速)，从而流通能力提高，因而使压气机前后各级的流通能力自动相匹配。

早期的发动机一般采用单一的防喘措施，如中间级放气(WP6，WP8)，或采用双转子(WP7)，或进口可调导流叶片(MK202)。但现代双转子发动机压气机的高增压比使得高压压气机的级数仍然很多，而且要求其工作范围更宽，发生喘振的可能性仍然存在。压气机容易发生喘振的工作状态和外部条件有：起动及低功率状态，发动机转速（推力）下降过程中，民用飞机打开反推、军机打开加力，歼击机作大过载机动飞行，使用操纵不当等。所以在先进的航

空燃气涡轮发动机上是中间级放气、双转子、进口可调导流叶片和多级可调整流叶片等多种防喘扩稳措施并用，以保证压气机在各种工作状态下、各种工作条件下和工作状态转换的过程中不发生喘振。

压气机气流控制系统的功用是在发动机起动、非设计状态和反推力工作状态下，保证压气机稳定工作。

该系统一般由放气系统和可变静子叶片系统组成。

放气系统中有起动放气系统、程序放气系统和打开反推放气系统。程序放气系统的功用是在发动机工作时依据发动机的转速、压比等信号，程式化的控制各个放气机构工作。压气机气流控制系统一般由发动机的控制系统控制，系统主要由燃油泵、燃油控制器、发动机静子叶片和放气控制器（EVBC）、Ma传感器、操纵机构、控制活门、作动筒和位置开关、反馈装置、可调静子叶片、放气活门、放气带或放气窗等元件组成。