航空发动机喘振的研究与发展
                                                    罗泽明，郑〓丽，张玉宪
                                      (海军航空兵学院飞行理论系，辽宁 葫芦岛   125001)
摘要：针对航空发动机喘振的特殊情况，在总结现有研究成果的基础上，指出了目前发动机喘振研究的3个方向——稳定性研究、防喘控制研究和喘振故障诊断，分析了各自的研究现状和发展趋势，对发动机设计人员、工程技术人员和飞行人员全面把握喘振问题，具有一定的参考价值。
    喘振是航空发动机在使用过程中经常遇到的一种特殊情况。当发动机严重偏离设计工作状态、压气机前后流通能力不匹配时，压气机内就会出现叶片边界层流动分离现象，甚至进一步发展成旋转失速状态直至喘振状态。喘振是发动机的一种不稳定工作状态，喘振时，压气机内出现气流流动、分离、中断的脉动现象，气流时断时续，压力时大时小。飞行中发生喘振时，发动机将会出现振动，发出低沉的噪声，燃气温度急剧升高，转速摆动或下降，严重时会造成发动机停车。
为了改善压气机的工作特性，提高发动机稳定工作的范围，目前航空发动机工程师们的研究包括3个方向：通过喘振裕度分析和流场仿真进行稳定性研究；发动机防喘和消喘控制系统研究；喘振故障的检测和诊断。本文从这3个方面对航空发动机喘振的研究现状和进展进行了梳理。

1稳定性研究
    稳定性是保证航空发动机安全、可靠、稳定工作的关键。喘振就是发动机进入一种以气流中断为特征的不稳定状态。目前，在设计阶段，对发动机喘振的研究分为两方面：喘振裕度研究和流场研究。
    喘振裕度是衡量喘振发生可能性大小的量，是影响发动机稳定工作的关键因素。目前设计阶段的指导思想是通过设计提高喘振裕度。任晓栋等利用计算流体力学方法研究了可转静叶对提高压气机部分转速下喘振裕度的效果，指导选取最优可转静叶安装角，使压气机喘振裕度达到最大。王健康等提出了一种发动机喘振裕度的建模方法，建立了常规飞行时的无畸变模型与超机动飞行时的损失量模型，并通过数字仿真，验证该方法可控制喘振裕度在11%~13%。向宏辉等基于多台轴流压气机喘振的试验数据，提出并验证了一种轴流压气机喘振边界经验预估方法。
    流场研究是利用大型CFD计算软件，如CFX、NUMECA、FLUENT、STAR_CD等对压气机内部流场进行稳态和非稳态流场计算，获得喘振时的特征。胡江峰等对某型多级轴流压气机非设计工况进行了数值计算，分析了近喘振工况下的流场特性，仿真结果与试验数据吻合。贺晓亮进行了压气机近喘振点三维非定常计算，对喘振时的速度场和压力场进行了研究。马超、朱智富等对离心压气机进行了设计转速下喘振临界点的非稳态数值模拟，并对压气机各部件在该工况下的非定常流动状况进行了详尽阐述。

2防喘控制研究
    为提高喘振裕度，防止发动机喘振，现代战斗机都进行了防喘控制。Edward等认为，喘振的控制是今后50年压气机研究的主要问题。著名的美国国家发动机研究计划IHPTE和VAATE的智......

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作者简介：罗泽明（1973—），男，湖北武汉人，海军航空兵学院教授，主要研究方向为航空发动机。


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