马晓健，黄敬杰，徐如雪，智绍强

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

0 引言

为了达到设计点的工作状态，航空发动机需要优化加速或减速路径，从而引入了瞬态性能的概念。在瞬态条件下，主流道参数急剧变化，气体与固体之间发生剧烈热量交换，称为热浸润。例如从慢车到最大状态的瞬态加速，发动机机体必须适应新的稳态工作温度，通常会吸收30%的燃料能量[1]。热浸润的作用结果之一是使发动机结构尺寸如叶尖及封严间隙发生瞬态变化[2]，进而影响发动机性能。例如，高压涡轮叶尖间隙增加1%会导致其效率降低2%，进而导致发动机燃油消耗率增加。此外，与稳态相比，在瞬态加速过程中发动机工作线更容易接近喘振线，带来了较大的喘振风险[3-4]。转子在离心力作用下，通常加速时更容易与机匣涂层发生碰摩，而过度碰磨会造成叶片开裂、涂层脱落等故障，增大发动机失效风险[5]。可见如果能够获得瞬态叶尖间隙变化规律，可以为优化发动机性能特性和降低发动机故障风险提供一种途径[6]。

获得叶尖间隙变化规律的方法包括实时监测法和数值计算方法，前者主要应用于发动机产品研制后期，后者则多用于研制中前期。数值计算方法中功能最为强大的是NASA的NPSS计划[7]，该计划基于准确的3维部件模型以及完整的CFD和FEA数据资源，缺点在于需要划分网格、添加载荷和热边界条件，因而费时费力；有些则不基于物理模型，直接根据FEA模拟结果、间隙实测数据等，利用公式拟合发展出经验性预 测方 法[8]；……