北航小型航空发动机整机试验报告材料.docx
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北航小型航空发动机整机试验报告材料
北京航空航天大学
研究生课程实验报告
小型航空发动机整机试验报告
共12页（含封面）
学生姓名：
学生学号：
任课老师：
联系方式：
能源与动力工程学院
年月
一、试验简介
1.1试验目的
了解小型航空发动机整机试验过程，熟悉发动机试车台结构和发动机上下台架操作步骤，了解发动机整机测试系统掌握发动机试车过程操作方法，学习发动机试验数据处理及总体性能计算。
1.2试验内容
a）发动机上下台架操作；
b）发动机试车过程控制操作；
c）发动机试验数据处理及总体性能计算。
1.3发动机、试车台以及CAT系统简介
1.3.1发动机简介
本次试验所用的WPXX发动机是一台小型、单轴、不带加力燃烧室的涡轮喷气发动机，主要由以下几部分构成：
a）压气机：
组合式压气机，由一级跨音轴流压气机和一级单面离心压气机组成；
b）燃烧室：
轴内供油式环形燃烧室，使用靠离心力甩油的甩油盘供油；
c）涡轮：
单级轴流式涡轮；
d）尾喷管：
简单收敛式不可调节的尾喷管。
发动机的主要技术参数为：
海平面静止最大推力为850公斤，空气流量13.5kg/s，压气机增压比5.5，涡轮前温度1200k，转速22000r/min。
发动机的主要工作状态划分：
1
最小状态
39%
2
慢车状态
48%
3
80%状态
80%
4
最大连续状态
95%
5
中间状态
98%
6
最大状态
100%
1.3.2试车台系统
a）燃油系统；
b）数字控制系统；
c）油滤、油路、起动供油系统；
d）滑油系统；
e）起动系统；
f）电气系统测试附件。
1.3.3计算机辅助测试系统（CAT）
1）传感器选型原则：
a）灵敏度高，输入和输出之间应具有良好的线性关系；
b）噪声小，滞后、漂移误差小；
c）常用的测量值大小约为传感器最大量程的2/3左右，最小值不低于1/3；
d）动态特性好；
e）接入测量系统时对测量产生的影响小；
2）数据采集系统的主要评定指标：
a）分辨率
b）采集速度
c）线性度
d）误差限
3）CAT系统：
与一般系统相比，CAT系统包含了数采数据又高于数采系统。
整机参数
符号
部件参数
部件参数
转速
N
发动机进口总压
燃油进口压力
排气温度
Tt5
压气机后总压
尾喷口直径
推力
F
发动机进口总温
增压比
耗油率
Sfc
压气机后总温
涵道比
空气流量
Wa
滑油压力
大气压力
发动机推动
Kf
滑油温度
大气温度、空气湿度
二、数据处理
2.1相关理论知识
发动机工作参数对标准大气条件的换算公式：
a）发动机转速：
；
b）发动机推力：
；
c）发动机涡轮后燃气温度：
；
d）发动机燃油消耗量：
；
e）发动机单位推力燃油消耗量：
。
2.2发动机性能曲线
根据相关公式将转速、推力、燃气温度等参数进行折合得到标准大气条件下的转速、推力、燃气温度和耗油率，结果如图1所示。
（a）折合推力
（b）折合燃气温度
（c）折合耗油率
图1发动机性能曲线
2.3发动机性能拟合曲线
本文使用Matlab软件中的polyfit（x,y,3）函数进行拟合。
该拟合函数可以使用最小二乘法计算给定数据组的多项式关系，对于本次数据处理使用三次多项式进行拟合，可以得到三条三次方拟合曲线。
详细的拟合步骤参见附录。
通过Matlab的计算得到三条曲线的函数关系式为：
a）推力曲线：
（1）
b）燃气温度曲线：
（2）
c）耗油率曲线：
（3）
折合数据以及拟合曲线如图2所示。
（a）推力曲线
（b）燃气温度曲线
（c）耗油率曲线
图2发动机性能拟合曲线
2.4发动机性能检验
发动机海平面标准大气条件下性能参数为表所示。
表1发动机海平面标准大气条件下性能参数表
工作状态
转速
（r/min）
推力
（daN）
Tt5
（℃）
耗油率
（kg/daN*h）
最大（100%）
22000
833-30
≤740
≤1.12
中间推力（98%）
21600
778-20
≤710
≤1.12
最大连续（95%）
20900
695-20
≤655
≤1.11
80%
17600
353-15
≤555
≤1.26
慢车（48%）
10500
81-8
≤565
≤2.80
最小（39%）
8600
51-5
≤575
≤3.60
将不同工作状态对应的转速代入到上一步拟合所得的曲线中可以得到测试发动机的不同工作状态时发动机在标准大气条件下的性能参数。
表2发动机实测性能参数表
工作状态
转速
（r/min）
推力
（daN）
Tt5
（℃）
耗油率
（kg/daN*h）
最大（100%）
22000
798.8
704.9
1.15
中间推力（98%）
21600
743.8
674.2
1.14
最大连续（95%）
20900
654.7
627.0
1.13
80%
17600
343.6
500.7
1.27
慢车（48%）
10500
79.5
524.8
2.81
最小（39%）
8600
50.6
537.6
3.55
从表中数据可以看到发动机实测数据中推力比标准性能参数稍小，耗油率在高转速时稍大，排气温度达到了要求，其中各状态下超标参数参见表3。
表3发动机实测性能超标参数
工作状态
转速
（r/min）
推力
（daN）
耗油率
（kg/daN*h）
最大（100%）
22000
-4.2
+0.03
中间推力（98%）
21600
-14.2
+0.02
最大连续（95%）
20900
-20.3
+0.02
80%
17600
—
+0.01
2.5原因分析
a）由于发动机较长时间使用，发生老化和性能衰退，例如：
叶片叶尖磨损导致其叶尖间隙变大，机匣变形等。
各部件效率下降使得发动机热效率下降，导致耗油率上升，推力下降。
b）当天进气温度较高，发动机循环增压比下降，导致燃烧效率下降，循环功下降。
根据控制规律，为保证转速一定，耗油率增加，发动机推力减小。
c）由于观测记录仪器的原因，发动机还没有达到当前转速下的稳定状态就记录，那么记录的是过度状态或较低转速下的推力和耗油率。
因此由于转速不足，推力减小，循环增压比较小，燃烧效率下降，耗油率上升。
2.6课程建议
a）希望可以做一些关于不同控制规律的试验，根据试验曲线分析是什么控制规律。
b）希望当时就可以进行试验数据处理，这样可以当时观测试验现象，直接分析原因或解决问题。
三、附录
3.1数据导入
将数据以变量形式导入matlab，显示在workspace中。
3.2三次拟合
输入三次拟合函数polyfit（columnK,columnN,3）
3.3结果查看
查看workspace中的ans变量，查看拟合结果。
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