大涵道比分排涡扇发动机涡轮轴断裂过渡态性能仿真

丁水汀; 王家俊; 刘传凯

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210142

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大涵道比分排涡扇发动机涡轮轴断裂过渡态性能仿真

结构、强度、振动 | 更新时间：2025-04-07

- 大涵道比分排涡扇发动机涡轮轴断裂过渡态性能仿真
- Transition performance simulation of turbine shaft fracture in high bypass ratio turbofan engine with split flow
- 航空动力学报 2022年37卷第3期页码：564-572
- 作者机构：
  
  北京航空航天大学航空发动机研究院，北京 100191
- 作者简介：
  
  丁水汀（1967-），男，教授、博士生导师，博士，主要从事航空发动机复杂系统安全性与适航研究。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(61890923)
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210142
  中图分类号：
- 稿件说明：
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丁水汀, 王家俊, 刘传凯. 大涵道比分排涡扇发动机涡轮轴断裂过渡态性能仿真[J]. 航空动力学报, 2022,37(3):564-572.

Shuiting DING, Jiajun WANG, Chuankai LIU. Transition performance simulation of turbine shaft fracture in high bypass ratio turbofan engine with split flow[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(3): 564-572.
丁水汀, 王家俊, 刘传凯. 大涵道比分排涡扇发动机涡轮轴断裂过渡态性能仿真[J]. 航空动力学报, 2022,37(3):564-572. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210142.

Shuiting DING, Jiajun WANG, Chuankai LIU. Transition performance simulation of turbine shaft fracture in high bypass ratio turbofan engine with split flow[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(3): 564-572. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210142.

摘要

为了研究双轴大涵道比分排涡扇发动机轴断裂失效后的动态性能，找出涡轮轴断裂后最先发生的危害事件，建立能够模拟气流参数毫秒时间量级动态响应的大涵道比分排涡扇发动机共同工作方程和性能模型。计算分析了地面起飞状态和巡航状态下某大涵道比民用涡扇发动机分别在高、低压轴断裂后发动机气路参数的瞬态响应规律和机理，为主被动安全设计提供参考。结果表明：高、低压轴断裂后几十毫秒内最先发生的危害性事件分别是中压压气机喘振和涡轮转子超转；同时涡轮前温度会有所升高。

Abstract

To deal with the dynamic performance of biaxial high bypass ratio turbofan engine with split flow in shaft fracture event and find out the first hazardous event after shaft fracture，the common working equation and performance model of high bypass ratio turbofan engine with split flow capable of simulating the dynamic response of airflow parameters in millisecond time scale were established based on the simulation platform independently developed.The dynamic response of airflow parameters was simulated in the order of milliseconds in the model.The transient response law and mechanism of gas path parameters of a civil turbofan engine with high bypass ratio under high and low⁃pressure shaft fracture in the take⁃off state and the cruise state were calculated and analyzed by using the model，which provided a basis for the design of passive safety.The results showed that the first hazardous events that occur within a few tens of milliseconds after the shaft fracture of the high and low⁃pressure shafts were the surge of the medium⁃pressure compressor and the over⁃rotation of the turbine rotor；at the same time，the temperature rose in front of the turbine.

关键词

Keywords

references

朱日兴 , 白杰 , 王伟 . 航空发动机转速传感器失效下转速限制保护的控制方法 [J]. 科学技术与工程 , 2020 , 20 （ 34 ）: 14308 ⁃ 14312 .

ZHU Rixing , BAI Jie , WANG Wei . A control method of speed limit protection for aero⁃engine under speed sensor failures [J]. Science Technology and Engineering , 2020 , 20 （ 34 ）: 14308 ⁃ 14312 . （in Chinese）

季鹏 . 发动机仿真与控制系统中的实时性技术研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2013 .

JI Peng . Research on real⁃time technology in engine simulation and control system [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2013 . （in Chinese）

纪仓囤 , 樊丁 . 时变纯延迟发动机模型的参数辨识及控制方法 [J]. 科学技术与工程 , 2013 , 13 （ 2 ）: 394 ⁃ 397 .

JI Cangtun , FAN Ding . The method of identification and control of engine model with time⁃varying pure delay and parameters [J]. Science Technology and Engineering , 2013 , 13 （ 2 ）: 394 ⁃ 397 . （in Chinese）

陈浩 . 某型涡扇航空发动机涡轮轴有限元及寿命分析 [D]. 成都 : 电子科技大学 , 2016 .

CHEN Hao . Finite element analysis and fatigue life prediction of an aero⁃engine turbine shaft [D]. Chengdu : University of Electronic Science and Technology of China , 2016 . （in Chinese）

陆山 , 陈倩 , 陈军 . 航空发动机主轴疲劳寿命预测方法 [J]. 航空动力学报 , 2010 , 25 （ 1 ）: 148 ⁃ 151 .

LU Shan , CHEN Qian , CHEN Jun . Method of predicted fatigue life of aero⁃engine's principal shaft [J]. Journal of Aerospace Power , 2010 , 25 （ 1 ）: 148 ⁃ 151 . （in Chinese）

王通北 , 陈美英 . 军用航空发动机主轴疲劳寿命的试验验证 [J]. 航空发动机 , 2000 , 7 （ 3 ）: 42 ⁃ 49，65 .

WANG Tongbei , CHEN Meiying . Experimental verification of fatigue life of military aero⁃engine spindle [J]. Aeroengine , 2000 , 7 （ 3 ）: 42 ⁃ 49，65 . （in Chinese）

崔平亮 . 航空发动机低压涡轮轴疲劳寿命计算分析 [D]. 成都 : 电子科技大学 , 2014 .

CUI Pingliang . Fatigue life calculation and analysis of aircraft engine low⁃pressure turbine shaft [D]. Chengdu : University of Electronic Science and Technology of China , 2014 . （in Chinese）

丁亮亮 . 某型航空发动机风扇轴疲劳寿命预测及可靠性分析 [D]. 成都：电子科技大学 , 2014 .

DING Liangliang . Fatigue life prediction and peliability analysis for the fan shaft of aircraft engine [D]. Chengdu : University of Electronic Science and Technology of China , 2014 . （in Chinese）

唐海龙 , 张津 . 面向对象的航空发动机性能仿真程序设计方法研究 [J]. 航空动力学报， 1999 , 14 （ 4 ）: 421 ⁃ 424 .

TANG Hailong , ZHANG Jin . A study of object⁃oriented approach for aero⁃engine performance simulation [J]. Journal of Aerospace Power , 1999 , 14 （ 4 ）: 421 ⁃ 424 . （in Chinese）

BALA A , SETHI V , GATTO E L , et al . PROOSIS‑a collaborative venture for gas turbine performance simulation using an object oriented programming schema [C]∥ Proceedings of the 18th International Symposium on Airbreathing Engines . Beijing : ISABE , 2007 : 1 ⁃ 11 .

ALEXIOU A , BAALBERGEN E H . Advanced capabilities for gas turbine engine performance simulations [R]. ASME Paper GT2007⁃27086 , 2007 .

唐世建 , 童万军 . 基于容积法的某涡扇发动机动态建模方法 [J]. 航空动力学报 , 2013 , 28 （ 3 ）: 709 ⁃ 713 .

TANG Shijian , TONG Wanjun . Turbofan engine transient modeling based on inter⁃component volume method [J]. Journal of Aerospace Power , 2013 , 28 （ 3 ）: 709 ⁃ 713 . （in Chinese）

刘传凯 , 李圆圆 , 李艳茹 , 等 . 涡轮轴断裂条件下空气系统强瞬变过程分析 [J]. 北京航空航天大学学报 , 2016 , 42 （ 1 ）: 47 ⁃ 53 .

LIU Chuankai , LI Yuanyuan , LI Yanru , et al . Dynamic analysis of air system with fast transients in shaft failure event [J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics , 2016 , 42 （ 1 ）: 47 ⁃ 53 . （in Chinese）

刘传凯 , 李艳茹 , 邱天，等 . 涡轮轴断裂条件下的涡扇发动机性能建模 [J]. 航空动力学报 , 2017 , 32 （ 12 ）: 2855 ⁃ 2861 .

LIU Chuankai , LI Yanru , QIU Tian , et al . Performance modeling of turbofan engine in event of shaft failure [J]. Journal of Aerospace Power , 2017 , 32 （ 12 ）: 2855 ⁃ 2861 . （in Chinese）

骆广琦 , 刘琨 , 李游 , 等 . 面向对象的航空发动机性能仿真系统框架设计 [J]. 空军工程大学学报（自然科学版） , 2013 , 14 （ 4 ）: 1 ⁃ 4 .

LUO Guangqi ， LIU Kun ， LI You ， et al . A study of object⁃oriented approach to aero⁃engine performance simulation framework [J]. Journal of Air Force Engineering University（Natural Science Edition） , 2013 , 14 （ 4 ）: 1 ⁃ 4 . （in Chinese）

丛靖梅 , 唐海龙 , 张津 . 面向对象的双轴混排加力涡扇发动机详细非线性实时仿真模型研究 [J]. 航空动力学报 , 2002 , 17 （ 1 ）: 65 ⁃ 68 .

CONG Jingmei , TANG Hailong , ZHANG Jin . A study of object⁃oriented detailed nonlinear real⁃time performance simulation for a mixed⁃flow two⁃spool turbofan engine with afterburner [J]. Journal of Aerospace Power , 2002 , 17 （ 1 ）: 65 ⁃ 68 . （in Chinese）

WALSH P , FLETCHER P . Gas turbine performance [M]. 2nd.ed.Oxford，UK : Blackwell Science Limited , 2004 .

骆广琦 , 桑增产 . 航空燃气涡轮发动机数值仿真 [M]. 北京 : 国防工业出版社 , 2007 .

航空发动机手册编辑部 . CFM56涡轮风扇发动机专用使用说明书 [M]. 北京 : 航空工业出版社 , 1983 .

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