某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)空中降轉(zhuǎn)故障分析

肖 強(qiáng)

（中航工業(yè)長(zhǎng)春航空液壓控制有限公司，長(zhǎng)春 130052）

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)空中降轉(zhuǎn)故障分析

肖 強(qiáng)

（中航工業(yè)長(zhǎng)春航空液壓控制有限公司，長(zhǎng)春 130052）

針對(duì)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)空中降轉(zhuǎn)故障，從改變?nèi)加土髁空{(diào)節(jié)器的供油特性方面分析其發(fā)生的主要原因，提出了核心排故途徑，即改變膜盒組件相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；空中降轉(zhuǎn)；調(diào)節(jié)器；供油特性

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定可靠地工作對(duì)完成作戰(zhàn)任務(wù)至關(guān)重要。某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)在交付部隊(duì)使用一段時(shí)間后，部分發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生空中降轉(zhuǎn)故障，表現(xiàn)為在地面開(kāi)車(chē)時(shí)將軍用轉(zhuǎn)速調(diào)至合格范圍內(nèi)后，當(dāng)飛機(jī)飛行至某一高度以上時(shí)，軍用轉(zhuǎn)速低于規(guī)定要求，表明發(fā)動(dòng)機(jī)高空供油量與需油量不匹配。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需油特性與其工作效率有關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)使用一段時(shí)間后，工作效率降低，需油量增加，是導(dǎo)致該故障發(fā)生的重要原因之一。

本文對(duì)源于發(fā)動(dòng)機(jī)本身的故障原因不做深入研究，僅從改變?nèi)加土髁空{(diào)節(jié)器的供油特性方面入手，分析其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，找到故障發(fā)生的主要原因，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 燃油流量調(diào)節(jié)器供油特性的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

燃油流量調(diào)節(jié)器供油特性的設(shè)計(jì)要求規(guī)定：在穩(wěn)態(tài)情況下，將調(diào)節(jié)器海平面供油曲線(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)海平面標(biāo)準(zhǔn)需油曲線(xiàn)的交點(diǎn)，即對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)軍用轉(zhuǎn)速記為x%；將調(diào)節(jié)器高空狀態(tài)的供油曲線(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)高空標(biāo)準(zhǔn)需油曲線(xiàn)的交點(diǎn)，即對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)軍用轉(zhuǎn)速記為y%。如圖1所示。圖中水平坐標(biāo)軸為發(fā)動(dòng)機(jī)供油量與需油量平衡時(shí)所達(dá)到的發(fā)動(dòng)機(jī)高壓軸轉(zhuǎn)速與100%高壓軸轉(zhuǎn)速之比，不反映調(diào)節(jié)器供油量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。其中y%值應(yīng)大于m%NH，且y%與x%的差值應(yīng)小于n%NH。（NH為100%發(fā)動(dòng)機(jī)高壓軸轉(zhuǎn)速；m、n為常數(shù)，代表規(guī)定的數(shù)字量值）

2 故障原因分析

理論分析認(rèn)為：當(dāng)y%≥m%且y%-x%≥0%時(shí)，表明燃油流量調(diào)節(jié)器高空供油量相對(duì)地面的裕度偏大，一般不會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)空中降轉(zhuǎn)故障；當(dāng)y%-x%＜0%且y%＜m%時(shí)，表明燃油流量調(diào)節(jié)器高空供油量相對(duì)地面的裕度偏小，可能發(fā)生故障。對(duì)故障產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果表明：燃油流量調(diào)節(jié)器y%值均明顯低于m%NH，且產(chǎn)品出廠時(shí)y%-x%＜0%，即出廠時(shí)高空狀態(tài)供油量與海平面狀態(tài)供油量相比，裕度偏小，所以使用一段時(shí)間后產(chǎn)品性能衰減，會(huì)出現(xiàn)海平面軍用轉(zhuǎn)速合格而高空軍用轉(zhuǎn)速不合格的問(wèn)題。實(shí)際使用情況與理論分析結(jié)果基本一致。

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

設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)高空狀態(tài)的P3分壓為P3px，低壓壓氣機(jī)出口壓力為P2x；發(fā)動(dòng)機(jī)海平面狀態(tài)的P3分壓為P3py，低壓壓氣機(jī)出口壓力為P2y，則調(diào)節(jié)器由海平面至高空狀態(tài)膜盒伸縮量為

可變計(jì)量柱塞的位移量L=i·Lxy。若地面狀態(tài)可變計(jì)量柱塞的初始位置一定，則Lxy越大，在高空狀態(tài)下的可變計(jì)量柱塞的定位越偏向計(jì)量孔開(kāi)度減小的方向；若Lxy不變，當(dāng)?shù)孛鏍顟B(tài)可變計(jì)量柱塞的初始位置偏向計(jì)量孔開(kāi)度大的方向時(shí)，則在高空狀態(tài)下的可變計(jì)量柱塞處于計(jì)量孔開(kāi)度偏大的方向，高空穩(wěn)態(tài)供油量亦隨之增加。

3 解決措施

高空穩(wěn)態(tài)供油量與可變計(jì)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(shù)有關(guān)，因此，為了增加高空穩(wěn)態(tài)供油量，解決空中降轉(zhuǎn)問(wèn)題，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)改變調(diào)節(jié)器高空與地面供油特性，從而提高產(chǎn)品高空狀態(tài)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(jì)量柱塞軸向位置的主要因素，因此，改變其在地面/高空狀態(tài)下的壓力位移特性，即調(diào)整真空段和開(kāi)口段的伸縮系數(shù)量值關(guān)系至關(guān)重要。通過(guò)改變真空和開(kāi)口膜盒的膜片波紋尺寸形狀及膜片厚度等參數(shù)來(lái)改變氣壓有效作用面積，必要時(shí)改變其數(shù)量，來(lái)增大開(kāi)口段伸縮系數(shù)與真空段伸縮系數(shù)的比值。

（2）通過(guò)改變文氏管喉部和節(jié)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?jiān)O(shè)計(jì)尺寸制造，公差范圍較小，在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中主要通過(guò)修研節(jié)流孔板主孔孔徑來(lái)改變P3分壓值，即膜盒組周?chē)臍怏w壓力。

（3）減小膜盒墊片厚度，使可變計(jì)量柱塞計(jì)量孔的初始開(kāi)度處于偏大的位置。膜盒墊片厚度影響產(chǎn)品在所有狀態(tài)下的供油量特別是產(chǎn)品加、減速供油量，其調(diào)整量受到產(chǎn)品相關(guān)調(diào)整部位設(shè)計(jì)允許調(diào)整量值的限制。膜盒墊片厚度對(duì)調(diào)節(jié)器在高空狀態(tài)下的供油量及發(fā)動(dòng)機(jī)高壓軸轉(zhuǎn)速的影響近似1條等距的平行線(xiàn)，如圖 2（a）所示。

（4）通過(guò)改變膜盒杠桿支點(diǎn)位置，減小膜盒組件伸縮量放大系數(shù)。其目的在于減小從地面至高空狀態(tài)下可變計(jì)量柱塞的位移變化量，使產(chǎn)品高空狀態(tài)供油量相對(duì)地面狀態(tài)的變化量值趨于平緩，膜盒杠桿支點(diǎn)的實(shí)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(shù)對(duì)調(diào)節(jié)器高空供油量及發(fā)動(dòng)機(jī)高壓軸轉(zhuǎn)速的影響如圖2（b）所示。

（5）減小膜盒杠桿組件軸向移動(dòng)摩擦力，使膜盒伸縮量通過(guò)膜盒杠桿無(wú)損失地轉(zhuǎn)化為可變計(jì)量柱塞的軸向位移。

（6）由于故障均發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)工作一段時(shí)間之后，因此發(fā)動(dòng)機(jī)空中降轉(zhuǎn)與其性能衰減存在直接關(guān)系，為此對(duì)產(chǎn)品開(kāi)展性能衰減研究，以降低產(chǎn)品性能衰減速度，可以從一定程度上使故障發(fā)生的時(shí)間延遲和頻率減慢。

發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)極其復(fù)雜，采取單一措施難以滿(mǎn)足燃油流量調(diào)節(jié)器的全部性能調(diào)整要求，因此，必須統(tǒng)籌兼顧協(xié)同調(diào)整。如減少膜盒墊片厚度時(shí)，為保證加、減速供油量合格，需要外調(diào)減速止動(dòng)釘，必要時(shí)增加減速釘調(diào)整墊片保證減速供油量合格，調(diào)加速釘來(lái)保證加速流量合格；當(dāng)膜盒墊片確定后，通過(guò)修研合適的主孔孔徑改變P3分壓值、改變膜盒杠桿支點(diǎn)滿(mǎn)足海平面最大軍用狀態(tài)供油量和油門(mén)同步角相關(guān)流量的協(xié)同調(diào)整要求。實(shí)踐證明，通過(guò)選取合適的膜盒墊片厚度、膜盒杠桿支點(diǎn)位置以及改變P3分壓值等綜合調(diào)試手段可以提高調(diào)節(jié)器產(chǎn)品高空穩(wěn)態(tài)供油裕度，從而解決發(fā)動(dòng)機(jī)空中降轉(zhuǎn)問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）在對(duì)若干故障產(chǎn)品的地面高空供油特性進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)膜盒組件壓力位移特性調(diào)整的具體要求。改變膜盒組件相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)是排除某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)空中降轉(zhuǎn)故障的核心途徑。

（2）通過(guò)采取選配合適的膜盒墊片厚度、杠桿支點(diǎn)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(diào)節(jié)器高空狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)供油量，這是在現(xiàn)有條件下解決空中降轉(zhuǎn)問(wèn)題的有效措施。

（3）通過(guò)對(duì)燃油流量調(diào)節(jié)器開(kāi)展性能衰減研究，識(shí)別影響產(chǎn)品性能衰減的關(guān)鍵要素并采取相應(yīng)措施延緩產(chǎn)品性能衰減速度，是延遲故障發(fā)生時(shí)間和減慢發(fā)生頻率的重要手段。

[1]航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)總編委會(huì).航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：第15冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2000：349-439.

[2]樊思齊，李華聰.航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2008：10-20.

[3]波特洛夫B H.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1988：150-160.

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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(qiáng)（1968），女，高級(jí)工程師，從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)附件設(shè)計(jì)工作。