飛機渦扇發動機全權自動控制分析及故障修理

摘 要:發動機作為飛機的動力系統，其安全、準確、高效的運行直接關系到飛機的安全和效率， 這樣，就要求發動機的控制必須朝自動化程度更高的方向發展，以避免人為操作誤差帶來的安全隱患。同時，隨著電子技術和數字化自動控制理論的發展，也為發動機全權自動控制的實現提供了可能性。本文旨在根據本人多年安裝、調試、維護和修理飛機發動機的經驗，著重對飛機發動機自動控制理論進行分析，以及常見故障排除過程中的一些體會。

關鍵詞:發動機FADEC(全權數字式發動機控制)燃油控制

中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0073-01

1 發動機概述

現代飛機上普扁使用的是渦扇式發動機。該發動機有一個由三級低壓渦輪驅動的單級風扇，涵道壁上有開口，以便供給飛機引氣系統的氣體引出進入飛機內。燃氣壓氣機是一個14級的軸流式壓氣機，由兩級高壓渦輪驅動。14級壓氣機的前五級為可變幾何葉片，以調節進入燃燒室的氣體流量。該可變幾何葉片由燃油驅動的作動筒驅動，控制信號來自FADEC。引氣口分別僅次于9級和14級壓氣機處。發動機同時還配有附件齒輪箱，在維持發動機自身所需潤滑、配電的同時，還可滿足飛機所需液壓、配電等的需要。

發動機控制系統的主要組成有:兩個全權數字發動機控制器，燃油泵和計量裝置，壓縮機可變葉片驅動器，永磁交流發電機，推力控制器，發動機控制板等。

2 發動機控制

每臺發動機均配有雙備份電子控制系統，包括兩個單通道全權數字電子控制器(FADEC)，一套發動機控制傳感器，電源及電纜系統及所有控制系統之間的數據傳輸界面及反饋。

飛機上的每一個FADEC均獨立安裝在電子艙內，互相間由電纜連接，以保證數據傳輸及共享，以保證控制和狀態數據互相監督和共有，最大程度保證飛機的安全性。所有數據均以ARINC429形式進行傳輸。

兩個FADEC在發動機的控制下可以交替工作。當一個FADEC工作時，另一個FADEC處于動態備份狀態，這意味著該備份FADEC將接收所有來自飛機相關系統的數據和信息，進行所有必要的計算和處理，所有輸出數據也是待用的。但所有驅動發動機的數據，如燃油流量控制，燃油供/斷油控制和壓縮機可變葉片控制等信號均處于關閉狀態。

FADEC從飛機駕駛桿和駕駛艙集成控制板接收控制信號，同時從飛機各采集處理系統接收ARINC429處理數據。經過一系列的計算和轉換后，輸出發動機燃油泵及計量裝置所需的控制信號，以達到控制發動機燃油供給的目的。同時，又根據燃油供油情況調整N1目標數據，以實現實時動態閉環，并與駕駛桿所要求的功率動態一致。來自飛機大氣數據計算機的空速，靜壓，動壓等信號，與推力設置信號共同計算N1目標數據。此外，FADEC還能控制發動機壓縮機的可變幾何葉片，通過調節空氣供給以達到控制燃油和功率的作用，并避免發動機的失速。

發動機FADEC內部軟件主要包括發動機邏輯控制和功率管理兩大部分，附圖給出了詳細的信號流程。

3 發動機控制邏輯

FADEC主要控制下列非直按參與推力計算和管理的邏輯信號:(1)閉環風扇轉速控制。發動機的主要控制方式就是風扇轉速閉環控制。首先來自推力管理系統的風扇轉速要求值(即N1要求值)與來自風扇轉速值感器的轉速信號進行比較，二者的差值信號輸入FADEC后，輸出相應的燃油、壓氣機等系統的調節信號，以調整風扇轉速，最終使差值趨于零值。(2)壓氣機可變幾何葉片(CVG)的控制。發動機的控制邏輯還能給出CVG葉片的計劃和閉環控制。FADEC會將CVG位置與修正的燃器渦輪轉速(N2)相比較。上述的CVG位置即FADEC通過一系列計算得出的最佳壓氣機在失速范圍內的穩定狀態，該位置信號能過線性可變差分變壓器輸送給FADEC。然后通過FADEC的調整信號控制該差分變壓器，使壓氣機CVG葉片與N2轉速趨向零差值，即閉環控制(如圖1）。

4 發動機常見故障分析

基于上述發動機工作及控制原理和特點，我們在多年發動機安裝調試過程中，有時會遇到如振動值過高，級間溫度值超差，客艙有滑油味等故障，下面分別對上述三種常見故障進行概括闡述:(1)振動值過高。發動機振動值過高主要由于風扇葉片配平塊出現了偏差，通過更換配平塊并在專用振動試驗臺上測試后，振動值恢復正常。(2)級間溫度值超差。級間溫度值超差主要由于燃油和壓縮氣體的供給出現偏差，此時，通常應著重檢查燃油泵和計量裝置(FPMU)和壓氣機可變幾何葉片(CVG)作動筒的性能和狀態。(3)客艙有滑油味。由于發動機的齒輪和軸承的潤滑是在一個密封的腔室內進行。密封有碳封嚴、齒封嚴和壓縮空氣封嚴三種方式。如果某處封嚴出現問題，則滑油會通過壓氣機進入引氣系統，最終通過空調系統進入客艙。因此，出現該情況后，應檢查、調整或更換相應的封嚴。

5 結語

隨著航空檢測技術、新材料技術和航空發動機控制技術和不斷提高，渦扇式發動機也在朝著更集成、更自動控制和更自動化和方向發展。因此，我們也應在今后的工作中，不斷積累經驗，關注和研究世界航空界相應領域和新技術和新發展。