某型航空發動機空中降轉故障分析

肖 強

（中航工業長春航空液壓控制有限公司，長春 130052）

某型航空發動機空中降轉故障分析

肖 強

（中航工業長春航空液壓控制有限公司，長春 130052）

針對某型航空發動機空中降轉故障，從改變燃油流量調節器的供油特性方面分析其發生的主要原因，提出了核心排故途徑，即改變膜盒組件相關設計參數。

航空發動機；空中降轉；調節器；供油特性

0 引言

航空發動機穩定可靠地工作對完成作戰任務至關重要。某型航空發動機在交付部隊使用一段時間后，部分發動機發生空中降轉故障，表現為在地面開車時將軍用轉速調至合格范圍內后，當飛機飛行至某一高度以上時，軍用轉速低于規定要求，表明發動機高空供油量與需油量不匹配。由于航空發動機的需油特性與其工作效率有關，發動機使用一段時間后，工作效率降低，需油量增加，是導致該故障發生的重要原因之一。

本文對源于發動機本身的故障原因不做深入研究，僅從改變燃油流量調節器的供油特性方面入手，分析其設計特點，找到故障發生的主要原因，并提出相應的解決措施。

1 燃油流量調節器供油特性的設計特點

燃油流量調節器供油特性的設計要求規定：在穩態情況下，將調節器海平面供油曲線與發動機海平面標準需油曲線的交點，即對應的發動機軍用轉速記為x%；將調節器高空狀態的供油曲線與發動機高空標準需油曲線的交點，即對應的發動機軍用轉速記為y%。如圖1所示。圖中水平坐標軸為發動機供油量與需油量平衡時所達到的發動機高壓軸轉速與100%高壓軸轉速之比，不反映調節器供油量與發動機轉速的關系。其中y%值應大于m%NH，且y%與x%的差值應小于n%NH。（NH為100%發動機高壓軸轉速；m、n為常數，代表規定的數字量值）

2 故障原因分析

理論分析認為：當y%≥m%且y%-x%≥0%時，表明燃油流量調節器高空供油量相對地面的裕度偏大，一般不會產生發動機空中降轉故障；當y%-x%＜0%且y%＜m%時，表明燃油流量調節器高空供油量相對地面的裕度偏小，可能發生故障。對故障產品進行性能測試，結果表明：燃油流量調節器y%值均明顯低于m%NH，且產品出廠時y%-x%＜0%，即出廠時高空狀態供油量與海平面狀態供油量相比，裕度偏小，所以使用一段時間后產品性能衰減，會出現海平面軍用轉速合格而高空軍用轉速不合格的問題。實際使用情況與理論分析結果基本一致。

在壓差不變的情況下，燃油流量調節器高空供油量與產品流通面積成正比，高空狀態供油量低反映產品可變計量柱塞的軸向定位處于計量孔開度偏小的位置。影響可變計量柱塞計量孔開度的因素包括以下幾個方面：（1）膜盒墊片的厚度；（2）膜盒杠桿支點的位置即膜盒杠桿組件的放大系數i；（3）膜盒組件伸縮系數k，即單位氣壓下的膜盒伸縮量；（4）膜盒組開口段伸縮系數與膜盒組伸縮系數比a；（5）高壓壓氣機出口壓力P3的分壓值。P3分壓值為高壓壓氣機出口壓力經過空氣分壓器形成的空氣分壓。空氣分壓器為一節流嘴串聯文氏管，節流嘴前面通高壓壓氣機出口壓力P3，文氏管后面通低壓壓氣機出口壓力P2，在文氏管中間腔根據P3與P2的壓比形成不同的分壓值即P3p。

設發動機高空狀態的P3分壓為P3px，低壓壓氣機出口壓力為P2x；發動機海平面狀態的P3分壓為P3py，低壓壓氣機出口壓力為P2y，則調節器由海平面至高空狀態膜盒伸縮量為

可變計量柱塞的位移量L=i·Lxy。若地面狀態可變計量柱塞的初始位置一定，則Lxy越大，在高空狀態下的可變計量柱塞的定位越偏向計量孔開度減小的方向；若Lxy不變，當地面狀態可變計量柱塞的初始位置偏向計量孔開度大的方向時，則在高空狀態下的可變計量柱塞處于計量孔開度偏大的方向，高空穩態供油量亦隨之增加。

3 解決措施

高空穩態供油量與可變計量柱塞的初始定位、不同氣壓條件下膜盒組件的伸縮量以及膜盒杠桿組件的放大系數有關，因此，為了增加高空穩態供油量，解決空中降轉問題，可以從以下幾個方面來改變調節器高空與地面供油特性，從而提高產品高空狀態下的供油量。

（1）不同氣壓條件下膜盒組件的伸縮量是影響可變計量柱塞軸向位置的主要因素，因此，改變其在地面/高空狀態下的壓力位移特性，即調整真空段和開口段的伸縮系數量值關系至關重要。通過改變真空和開口膜盒的膜片波紋尺寸形狀及膜片厚度等參數來改變氣壓有效作用面積，必要時改變其數量，來增大開口段伸縮系數與真空段伸縮系數的比值。

（2）通過改變文氏管喉部和節流孔板主孔的面積比值，從而減小P3分壓值。文氏管喉部面積按圖紙設計尺寸制造，公差范圍較小，在實際調試過程中主要通過修研節流孔板主孔孔徑來改變P3分壓值，即膜盒組周圍的氣體壓力。

（3）減小膜盒墊片厚度，使可變計量柱塞計量孔的初始開度處于偏大的位置。膜盒墊片厚度影響產品在所有狀態下的供油量特別是產品加、減速供油量，其調整量受到產品相關調整部位設計允許調整量值的限制。膜盒墊片厚度對調節器在高空狀態下的供油量及發動機高壓軸轉速的影響近似1條等距的平行線，如圖 2（a）所示。

（4）通過改變膜盒杠桿支點位置，減小膜盒組件伸縮量放大系數。其目的在于減小從地面至高空狀態下可變計量柱塞的位移變化量，使產品高空狀態供油量相對地面狀態的變化量值趨于平緩，膜盒杠桿支點的實際位置取決于P3分壓值及膜盒組的壓力位移特性。改變膜盒組件伸縮量放大系數對調節器高空供油量及發動機高壓軸轉速的影響如圖2（b）所示。

（5）減小膜盒杠桿組件軸向移動摩擦力，使膜盒伸縮量通過膜盒杠桿無損失地轉化為可變計量柱塞的軸向位移。

（6）由于故障均發生在發動機工作一段時間之后，因此發動機空中降轉與其性能衰減存在直接關系，為此對產品開展性能衰減研究，以降低產品性能衰減速度，可以從一定程度上使故障發生的時間延遲和頻率減慢。

發動機的工作狀態極其復雜，采取單一措施難以滿足燃油流量調節器的全部性能調整要求，因此，必須統籌兼顧協同調整。如減少膜盒墊片厚度時，為保證加、減速供油量合格，需要外調減速止動釘，必要時增加減速釘調整墊片保證減速供油量合格，調加速釘來保證加速流量合格；當膜盒墊片確定后，通過修研合適的主孔孔徑改變P3分壓值、改變膜盒杠桿支點滿足海平面最大軍用狀態供油量和油門同步角相關流量的協同調整要求。實踐證明，通過選取合適的膜盒墊片厚度、膜盒杠桿支點位置以及改變P3分壓值等綜合調試手段可以提高調節器產品高空穩態供油裕度，從而解決發動機空中降轉問題。

4 結束語

（1）在對若干故障產品的地面高空供油特性進行定量分析的基礎上，提出了對膜盒組件壓力位移特性調整的具體要求。改變膜盒組件相關設計參數是排除某型航空發動機空中降轉故障的核心途徑。

（2）通過采取選配合適的膜盒墊片厚度、杠桿支點位置以及改變P3分壓值等手段，可以在一定程度上提高燃油流量調節器高空狀態下的穩態供油量，這是在現有條件下解決空中降轉問題的有效措施。

（3）通過對燃油流量調節器開展性能衰減研究，識別影響產品性能衰減的關鍵要素并采取相應措施延緩產品性能衰減速度，是延遲故障發生時間和減慢發生頻率的重要手段。

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[4]吳琪華.航空發動機調節 [M].北京：國防工業出版社，1986：10-20.

Analysis of Inflight Speed Drop Failure for an Aeroengine

XIAO Qiang
（AVIC Changchun Aviation Hydraulic Control Co.LTD,Changchun 130052,China）

Aiming at the inflight speed drop failure of an aeroengine,the main failure factor was analyzed by changing the fuel supply characteristic of fuel flow regulator.The change of relevant design parameters for the capsule assembly is the core approach for eliminating the failure.

aeroengine;inflight speed drop;regulator;fuel supply characteristic

肖強（1968），女，高級工程師，從事航空發動機控制系統調節附件設計工作。