航空学报08大飞机专刊(106)_航空信息_民用航空_通用航空

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tran分别是 ΔT 3图 3给出了这两种情况的压气机在温熵图上的压缩过程与绝热压缩的对比 ,可以看出这种强度的传热将使熵增显著加大、循环可用功明显减小。图 4是这两种传热情况和绝热情况的 MTE在各转速下的推力对比 ,可以发现发动机推力因传热而显著减少 ,在设计转速下 (121 5 ×104 r/ min)分别减少了 15 %和 38 %。
2　 MTE2110整机环境下传热影响测量及改进研究
　　为了弄清实际微型发动机的传热情况及其造成的性能影响 ,本文以 MTE2110发动机为对象开展了试车实验研究。在完成基本发动机的实验测量后 ,通过对压气机静子采取隔热措施获得了改进型发动机 ,通过两者的对比实验来进行压气机传热影响的研究。
21 1　微型发动机地面试车实验设备
实验在课题组建立的微型发动机地面试车测试平台 (见图 5 )上进行 ,主要设备有 (见图
6):地面台架系统、大气参数测量系统、起动系统 (电机起动
)、供气
(丙烷气 )及点火系统、供油
转速测量系统、振动监测
压力测量系统和温度测量系统。实验检
转速 N、空气流量、燃油流量 W f等总体性能参数 ;也对图 1中发动机的 0 , 1 , 2 , 5截面及压气机转子出口的平均气动热力参数进行了测量 ,力图在不破坏整机工作环境的前提下获得尽可能多的参数。实验中采用的测量设备均进行了标定 ,确保测量的准确性。其中 : PSI的实测精度达到了 1 ‰,而推力传感器的实测精度也达到了 2‰。
发动机在截面 1 ,2位置重新设计改装了相应的部件以安装传感器 ,其余部件均保持不变 ,通过在喷管后 (5截面 )安装热电偶测耙和总压探针耙来获取喷管出口参数。为了准确测量发动机空气流量 ,本研究改装了进气整流罩以形成一段等直圆管 ,并开设 4个静压孔。通过采用微型总压探针的进气整流罩流量标定实验 ,获得了截面流量、总压恢复系数与静压的关系曲线。这样 ,在整流罩安装到发动机上进行整机运转实验时就可以由

图 5　微型发动机地面试车平台 Fig1 5　Ground testing rig of micro engine

图 6　发动机地面整机试车平台示意图图 8　MTE总体性能的节流特性
Fig1 6　Sketch of the ground engine testing rigFig1 8　Throttle characteristics of MTE

静压推算出流量等参数

,实验数据也显示在最大

×104 r/ min (设计转速的约
65 %)后耗油率减小
流量时进气总压恢复系数也大于 01 98。的幅度趋缓。运转实测还发现 ,在整个压缩通道中离燃烧室最远的压气机进口也受到了传热影
21 2　MTE2110试车实验结果

响 ,各转速下都出现了几 K的温升。这显示燃烧首先对基本的 MTE2110发动机进行多转速室对压气机的传热影响不可忽略。
下的实验测量。选取了从 31 00 ×104 r/ min到 121 59 ×104 r/ min之间的 10个不同转速进行测量 ,每个转速下均使发动机保持稳定转速 N运转 10 s以上 ,以测量发动机稳态工作参数。图 7给出了微型发动机的推力、燃油流量随转速变化关系曲线 ,两者都随转速增加而单调递增且曲线斜率逐渐增大 (图中所有参数均是折合到标准大气条件下 )。实验测得最大转速对应的推力为 78 N ,空气流量为 01 235 kg/ s。图 8是由上述性能参数换算得出的发动机的节流特性 ,随转速增大单位推力 Fs逐渐增大 ,在高转速时增加更快些 ;单位耗油率 SFC随转速增加逐渐减小 ,且在 81 00

图 7　推力和燃油流量随转速变化曲线 Fig1 7　Variations of engine thrust and fuel flux with rotating speed
21 3　对压气机采取隔热措施的对比实验研究
为了通过试车实验研究 MTE向压气机的传热强度及其造成的性能影响 ,对压气机静子部件进行了改装 ,在朝向燃烧室一侧的盘体上增设了一层低密度隔热材料 (见图 9)。变转速试车得到了隔热改装后压气机出口的温度 ,图 10给出了有无隔热的微型发动机压气机出口温度 T2的对比。可以看出 ,无隔热的出口温度在各转速下都比有隔热情况高出 40 K以上 ,而最大转速下有隔热的压气机温升 ΔT03也仅为 140 K左右 ,有无隔热的温差约占 ΔT03的 30 %。考虑到本文采取的隔热措施并不能保证严格的绝热 (即ΔT03 > Δ Tad 3),则因传热引起的压气机出口温升占绝热状态 ΔTad3的幅度会更大 ,效率系数 Rtran应更小 ;

图 9　做隔热改装的压气机静子件 Fig1 9　Compressor stator with heat insulation

图 10　对比有无隔热的压气机出口温度图 12　对比有无隔热的发动机推力 Fig1 10　Comparison of compressor exhaust tempera2 Fig1 12　Comparison of engine thrust pressure ratios with tures with and without stator heat insulation

近燃烧室 (不过两轮实验都使用同一传感器 ),这取隔热措施使推力得到了大幅度的提高 ,在最大有可能会使测量温度偏高 ,效率系数 Rtran转速时采取隔热措施的推力达到了 96 N ,增大了消除这两方面因素的测量有待今后的进一步研23 %。实测数据还显示 ,发动机耗油率降低了
究 ,从本研究测量的参数对比至少已证明了微型发动机的压缩通道中存在着显著的加热效应。
由于发动机的装配调整、各部件工作特性波动、台架安装等因素将造成在结果重复性方面的误差 ,因此本文进行了 3轮重复实验 ,最大转速对应的推力值偏差在 2%～3% ,体现了较好的重复性。
图 11给出了有无隔热的压气机压比 ,可见隔热基本上没有改变压气机的压比。这也说明了本文前面在建模分析中对不同传热的压缩过程均采用相同压比符合真实情况 ,传热使压比不变而温升增加将造成显著的效率降低。图 12对比了有无隔热的发动机在各转速下的推力 ,可以看出采

图 11　对比有无隔热的压气机压比
Fig1 11　 Comparison of compressor pressure ratios with and without stator heat insulation
而考虑到测量压气机出口的温度传感器位置较靠
10 %以上。
　
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