曹艷 盧文彪 盧鑫 姜忠賢

摘 要：壓氣機(jī)可調(diào)靜葉角度優(yōu)化技術(shù)研究主要是實(shí)現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)靜子機(jī)匣裝配過(guò)程中，進(jìn)行其可調(diào)靜子葉片的優(yōu)化裝配以及不同形態(tài)下角度的精確檢測(cè)，減少測(cè)量誤差，增強(qiáng)測(cè)量穩(wěn)定性，提高裝配過(guò)程的一次成功率，為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的預(yù)定角度控制規(guī)律提供有力支撐，確保葉片測(cè)量角度精度適應(yīng)設(shè)計(jì)公差設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：葉片;開(kāi)角;閉角;變化速率

Abstract：The research of compressor adjustable stator blade angle optimization technology mainly realizes the optimization assembly of adjustable stator blade and the accurate detection of angle under different shapes in the assembly process of engine high-pressure compressor stator casing，reduces the measurement error，enhances the measurement stability，and improves the one-time success rate of the assembly process.The predicted angle control law of engine compressor provides strong support to ensure that the accuracy of blade angle measurement meets the design tolerance requirements.

Key words：blade;opening angle;closing angle;change rate

1 緒論

航空發(fā)動(dòng)機(jī)可變幾何控制系統(tǒng)對(duì)于保障發(fā)動(dòng)機(jī)安全、可靠及穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。一般情況下，為提高高壓轉(zhuǎn)子的中低轉(zhuǎn)速喘振裕度，壓氣機(jī)前幾級(jí)靜子葉片設(shè)計(jì)為可調(diào)機(jī)構(gòu)，作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的可變幾何控制系統(tǒng)之一，而冷態(tài)工況壓氣機(jī)可調(diào)靜葉級(jí)間角度標(biāo)定的意義是在發(fā)動(dòng)機(jī)具體的硬件條件下實(shí)現(xiàn)預(yù)定的角度控制規(guī)律，對(duì)控制發(fā)動(dòng)機(jī)性能具有很大的實(shí)用價(jià)值。為此，研究提高角度控制精度的優(yōu)化工藝手段對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能具有很大的實(shí)用價(jià)值。

2 現(xiàn)狀

據(jù)情報(bào)文獻(xiàn)等，英美等國(guó)對(duì)于壓氣機(jī)靜子葉片級(jí)間角度標(biāo)定技術(shù)研制較早，應(yīng)用規(guī)范。例如CFM56-3發(fā)動(dòng)機(jī)采用機(jī)械式技術(shù)、CFM56-5/7發(fā)動(dòng)機(jī)采用傳感器式技術(shù)檢測(cè)角度。但由于技術(shù)的封鎖，無(wú)法獲得控制壓氣機(jī)葉片角度的相關(guān)技術(shù)。

國(guó)內(nèi)對(duì)該角度的測(cè)量設(shè)備均存在不同程度的研制，但對(duì)于控制工藝沒(méi)有系統(tǒng)研究和規(guī)范，一定程度上導(dǎo)致裝配角度偏離設(shè)計(jì)要求，不利于準(zhǔn)確獲悉多級(jí)靜子匹配關(guān)系，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能錄取和調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)化均帶來(lái)諸多不利影響。

3 葉片角度設(shè)計(jì)原理

壓氣機(jī)可調(diào)靜葉角度的調(diào)節(jié)原理，如圖1所示：通過(guò)控制進(jìn)口可調(diào)靜葉角度，使其排氣角度產(chǎn)生改變，從而保證氣流以更為合適的方向進(jìn)入動(dòng)葉，使動(dòng)葉在滿(mǎn)意的氣流攻角下工作提高壓氣機(jī)裕度，并使壓氣機(jī)在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)仍能實(shí)現(xiàn)動(dòng)葉在基本滿(mǎn)意的攻角下工作，保證高壓壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)效率較高。

在壓氣機(jī)可調(diào)靜葉裝配和運(yùn)行中，主要關(guān)心三個(gè)參數(shù)：即葉片角度可調(diào)節(jié)范圍，最大開(kāi)度和最大閉合度。可調(diào)葉片定位及實(shí)際運(yùn)行中，角度基準(zhǔn)為葉片外端軸肩的平臺(tái)，當(dāng)平臺(tái)面與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線平行時(shí)，即為葉片“零”角度，葉柵流道面積增大時(shí)即開(kāi)角狀態(tài)時(shí)，標(biāo)記為α角;反之，流道面積減小即閉角狀態(tài)時(shí)，標(biāo)記為β角。

葉片軸肩平臺(tái)角向位置變化直接反應(yīng)角度變化。在實(shí)際壓氣機(jī)設(shè)計(jì)中，為方便檢測(cè)在每級(jí)葉片聯(lián)動(dòng)環(huán)上設(shè)計(jì)有檢測(cè)定位孔。實(shí)際操作時(shí)，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到不同角度狀態(tài)，每級(jí)聯(lián)動(dòng)環(huán)周向、軸向處在不同的位置，而跟蹤聯(lián)動(dòng)環(huán)上的兩個(gè)定位孔位置變化，即能反應(yīng)可調(diào)葉片角度的變化。壓氣機(jī)可調(diào)靜葉角度的測(cè)量正是基于以上原理進(jìn)行的。

4 檢測(cè)工藝優(yōu)化研究

4.1 流程優(yōu)化控制

分析可調(diào)葉片角度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)原理，可知冷態(tài)工況角度標(biāo)定是為了通過(guò)調(diào)整0～3級(jí)連桿的有效長(zhǎng)度和VSV作動(dòng)筒的有效伸縮量，使每級(jí)靜葉的開(kāi)、閉角度在裝配狀態(tài)調(diào)整到預(yù)定角度要求，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的角度調(diào)節(jié)滿(mǎn)足性能要求。依據(jù)調(diào)節(jié)原理設(shè)計(jì)可調(diào)葉片角度標(biāo)定的基本流程，如圖2所示：可知零位和插銷(xiāo)位的調(diào)整是整個(gè)標(biāo)定過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，二者若不合格不僅需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，且對(duì)整個(gè)可調(diào)靜子葉片機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)規(guī)律造成影響。為此，在葉片角度標(biāo)定工藝控制時(shí)，零位調(diào)整關(guān)鍵把握調(diào)零的準(zhǔn)確性和葉片轉(zhuǎn)動(dòng)中零位的穩(wěn)定性;插銷(xiāo)位重點(diǎn)把握消除檢測(cè)設(shè)備可能產(chǎn)生的空行程等因素對(duì)讀數(shù)的影響。

4.2 檢測(cè)安裝位置優(yōu)化

提出了優(yōu)化檢測(cè)測(cè)具的安裝位置。傳統(tǒng)工藝測(cè)量時(shí)，對(duì)檢測(cè)設(shè)備的安裝位置無(wú)規(guī)范性指導(dǎo)依據(jù)，主要指角度輸出端安裝所選葉片位置，操作者任意選取。但試驗(yàn)表明，不同安裝位置，角度有所差異，如所選的葉片為12點(diǎn)鐘與鄰近9點(diǎn)鐘位置時(shí)，角度偏差在90%的置信區(qū)間內(nèi)可達(dá)12′，如圖3所示。

分析差異機(jī)理，因壓氣機(jī)靜子機(jī)匣對(duì)開(kāi)、聯(lián)動(dòng)環(huán)四段式或二段式分段機(jī)構(gòu)的連接穩(wěn)定性和加工產(chǎn)生的變形等因素影響，遠(yuǎn)離機(jī)匣對(duì)接處角度最精確，也即標(biāo)定時(shí)所選葉片位于一半機(jī)匣的中間位置時(shí)所測(cè)得葉片角度最為精確。以某發(fā)動(dòng)機(jī)為例，角度讀取部分的安裝所選葉片優(yōu)化位置如下表所示（定義上半機(jī)匣順航向水平結(jié)合面上方的第一個(gè)葉片為1號(hào)葉片）。

4.3 零角度調(diào)整工藝方法優(yōu)化

提出了優(yōu)化零角度調(diào)整工藝方法。以往葉片零度角調(diào)整，僅通過(guò)聯(lián)動(dòng)環(huán)的二組檢測(cè)定位孔進(jìn)行限位調(diào)整;而每級(jí)聯(lián)動(dòng)環(huán)一般設(shè)計(jì)有四組檢測(cè)定位孔。經(jīng)試驗(yàn)證明，同時(shí)限位四組檢測(cè)孔時(shí)的數(shù)值相比單獨(dú)限位二組有所收斂。

4.4 葉片角度設(shè)計(jì)公差優(yōu)化

提出優(yōu)化葉片角度設(shè)計(jì)公差。在多級(jí)角度聯(lián)動(dòng)測(cè)量時(shí)，因驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)等影響，在從開(kāi)角到閉角或者從閉角到開(kāi)角驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，每級(jí)葉片角度的設(shè)計(jì)變化速率存在不同，如圖4所示為某發(fā)動(dòng)機(jī)1級(jí)與0、2、3級(jí)葉片角度變化速率曲線圖。因此在設(shè)計(jì)開(kāi)角、閉角角度公差時(shí)，應(yīng)按照多級(jí)聯(lián)動(dòng)時(shí)各級(jí)葉片角度的設(shè)計(jì)變化速率來(lái)相應(yīng)設(shè)計(jì)不同級(jí)別葉片角度的設(shè)計(jì)公差，從而確保葉片角度控制時(shí)設(shè)計(jì)公差的有效性和可執(zhí)行性。

5 總結(jié)

針對(duì)壓氣機(jī)可調(diào)靜子葉片角度的測(cè)量和調(diào)整，通過(guò)從優(yōu)化檢測(cè)工藝方法出發(fā)，提出工藝優(yōu)化措施來(lái)減小標(biāo)定角度誤差的效果，為提高葉片角度檢測(cè)精度，解決冷態(tài)工況壓氣機(jī)靜子葉片角度標(biāo)定技術(shù)瓶頸提供有力技術(shù)支撐。

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