康 飞

喘振是危害涡轴发动机安全运行的重要因素，它的产生会使发动机处于不稳定工作状态。喘振发生伴随的低频振荡破坏力极大，甚者导致发动机机械结构遭受破坏，因此在发动机使用中应极力避免。

经验表明涡轴发动机的压气机部件试验条件与实际整机工作环境存在一定差异，两者的实际特性并不一致。而取得整机环境下的真实喘振裕度对发动机整机研制中的匹配工作具有重要意义。

根据发动机喘振裕度基本公式[1]：

式中：ΔSM——稳定裕度

π——压气机增压比

s——喘振边界状态

ac——发动机工作状态

Wa,cor——发动机换算流量

要取得整机发动机的喘振裕度需首先确认整机的喘振边界值，故需进行逼喘操作以使发动机工作于喘振临界点附近以便录得计算所需数据。

目前，整机上进行逼喘通常做法为往直升机引气接口（压气机出口位置）通入高压气体以使发动机发生喘振。该方法使用的高压气体通常由高压气瓶提供，通过安装于高压气瓶与发动机间气管上的节流阀控制进入发动机压气机后的压力。该方案由于配备的气源能力有限（高压气瓶容量限制）导致一次试验持续时间短，发动机数据未稳定。又由于压气机出口截面周向引入高压气体的接口有限导致压气机出口截面压力均匀性较差，这些对测量结果准确性都有一定的影响。

本文介绍的方法为使用气动尾喷管进行逼喘试验，该方法所用气动尾喷管、高压气源及控制系统均为试车台固有设备，高压气源由研究所管网集中供应，气源持久且稳定性好。

1 结构与原理

传统逼喘方法常规做法如图1 所示。即由发动机压气机出口截面周向引气孔引入高压空气，以提高压气机后压力从而使发动机进入喘振状态。

图1 压气机后逼喘法

气动尾喷管逼喘法为在发动机涡轮出口安装气动尾喷管。由气动尾喷管引入越来越多的高压气体，根据临界状态下固定面积的尾喷口无法流过更多气体的原理[1]，降低涡轮功率减少发动机流量继而引起发动机喘振。该方法实施原理如图2 所示。

图2 气动尾喷管逼喘法

2 气动尾喷管逼喘方法及分析

气动尾喷管逼喘方法首先要求发动机处于预设状态，然后缓慢打开气源供气阀不断加大给尾喷管供气的流量，待气动尾喷管出口气流处于临界状态后继续增大气动尾喷管供气流量使得发动机无法吸入足够的空气从而在发动机压气机内出现反复震荡的气流的现象，严重时伴随出现低频大振幅的沉闷的异响，以上现象即表明发动机进入喘振状态。一旦确认喘振现象出现后为确保发动机安全应立即切断气动尾喷管高压气体供给并同时减小发动机供油。发动机退喘并进入安全工作状态后即认为逼喘操作结束。操作流程如图3 所示。

某涡轴发动机核心机使用气动式尾喷管对其高低两个状态进行了喘振点测试。该次发动机的两个状态点均成功实现了逼喘操作。试验最大压缩气体消耗量如表1 所示。

图3 逼喘操作流程图

图4 发动机共同工作曲线

表1 气动尾喷管逼喘法

该次试验实际测得的发动机共同工作线如图4 所示。

该次试验试车台供给气动尾喷管的高压气体压力（表压）与流量变化曲线如图5、6 所示。

该次试验试车台供给气动尾喷管的高压气体流量与发动机进气流量曲线如图7、8 所示。

图5 供气压力与流量变化曲线（低状态）

图6 供气压力与流量变化曲线（高状态）

图7 供气流量与发动机流量曲线（低状态）

图8 供气流量与发动机流量曲线（高状态）

由图5 与图6、图7 与图8 对比可见发动机在高状态进行逼喘所需供气流量小于低状态下供气流量即说明高状态时发动机共同工作线更靠近喘振边界，这与发动机气动基本理论也是一致的。

注：图5 至图8 中尾喷管供气流量值来自供气管路上设置的测压点测得的数据（总压P*和静压Ps*）经以下公式换算而来。

式中：k——常数1.4。

A——测压点所在管路空腔横截面积。

q（λ）——流量系数[2]，由P*和Ps*决定。

T*——供气总温（气源温度）。

P*——总压。

R——气体常数287.06

3 结论

（1）气动尾喷管逼喘方法已在某型号整机试验中得到成功应用。试验表明该逼喘方法优点鲜明，弥补了传统逼喘试验持续时间短和发动机压气机出口压力测量值可靠性低的不足，具有现实应用价值。

（2）气动尾喷管逼喘法由于使用集中供气管网供气，气源供给稳定且无时间限制从发动机尾喷管处引入高压气体使得喘振测量数据具有代表性。

（3）气动式尾喷管逼喘方法存的不足主要是气动尾喷管所需高压气体供气流量需求较大即对供气管网供气能力有一定要求。

综上所述，使用在涡轴发动机整机上使用气动尾喷管进行逼喘试验的方法是可行的。