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航发科普|喘振——原来航空发动机也会“咳嗽”
来源:       发布时间:2024-04-05

  相信大家在乘坐航班的时候,都听过航空发动机的轰鸣声,那么有谁听到过发动机“咳嗽”吗?今天,我们就来聊一聊航空发动机喘振。

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  航空发动机的结构原理

  所谓喘振,“喘”是对现象的描述,而“振”即振动,是“喘”的结果。航空发动机的核心机主要由压气机、燃烧室和涡轮组成,压气机就如同发动机的“肺部”负责吸气,每秒钟可以吸入几百斤的空气,相当于一个小剧场内的全部空气。

  在压气机的作用下,高压空气与燃料在燃烧室内充分混合、燃烧释放能量推动涡轮带动风扇旋转做功,从而驱动航空发动机工作。

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  喘振发生过程

  空气在压气机里面流动,时刻都顶着巨大的压力,之所以顶着压力往前,是因为压气机叶片“逼得太紧”。当空气稳定进入压气机时,空气在动、静叶间,像一辆前行的“公交车”,每站都在不停地上人,一级一级的持续加压。一旦发生空气流量突然减少的情况,发动机内部就会形成一股“神秘力量”——压力差。在压力差的影响下,空气不由自主地前后涌动,由正常的“前浪推后浪”转变为“前浪后浪交替循环”,将导致发动机一阵阵“咳嗽”,同时还会引起巨大的振动,这就是航空发动机的“喘振”。

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  引发喘振的原因及预防措施

  引发航空发动机喘振的原因有很多,最常见的就是流量突然减小,通常是因为吞砂、吞水、吞冰、吞鸟等外来物的影响。

  为尽量降低或避免发动机喘振带来的风险,在航空发动机设计时,就从预防和整治两方面入手。一方面通过提高压气机叶片材料强度、优化内部结构、提高抗振能力、增加喘振裕度等,达到预防的目的。另一方面当监测到航空发动机出现喘振征兆时,可以通过级间放气机构、可调静子等巧妙设计,主动防喘,达到整治的目的。

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  我国自主研发的航空发动机目前在防喘方面已取得长足的进展,比如天津直博会参展的1100kW级涡轴发动机,自带整体式多功能防砂装置,配有健康管理系统,可以实现振动监测,发动机防止和调节喘振能力大幅增强。