基于Origin語言的某型教練機發動機燃油系統故障診斷與分析

劉龍園，晏 瑩，鄧新華，古遠康，楊建勇

（中航工業洪都,江西南昌330024）

0 引言

航空發動機是飛機的心臟,是航空機械設備中故障率最高、調整最復雜、維護工作量最大的系統,其工作狀態的好壞直接影響到飛機的安全可靠與運行。據統計,航空發動機的故障發生率約占整個飛機故障的30%，飛機因機械原因發生的重大飛行事故中40%左右是由于發動機故障導致的，而發動機燃油系統是發動機的關鍵系統之一，是保證發動機提供有效推力的必要條件，所以發動機燃油系統正常工作對發動機是非常重要的[2]。

1 某型教練機發動機

1.1 某型教練機發動機介紹

某型發動機是渦輪風扇發動機，發動機控制采用全權限數字控制系統，可以保證在任何飛行狀態下，最大限度地發揮發動機的性能。該發動機具有較高的氣動穩定性裕度，采用小功率的空氣起動裝置，推進效率較高，使用維護方便，經濟性好。發動機為飛機提供推力，并驅動發電機和液壓泵供給壓力，飛機環控和燃油系統提供壓縮空氣。

與此同時該型發動機是一種雙轉子，雙涵道的渦扇發動機。發動機主要是由風扇、帶傳動機匣、分流機匣、高壓壓氣機、燃燒室、單級高壓渦輪、單級低壓渦輪、渦輪支撐、外機匣、轉接管、排氣錐、延伸筒和尾噴管口等組成。壓氣機和渦輪均為軸流式，采用高效短環形燃燒室，并采用單元體設計，發動機由12個主要模塊組成[3]。

1.2 某型發動機燃油流量控制系統

1）發動機按以下規律（程序）的最小燃油流量

其中：GTmin程序-最小燃油流量設定（程序）值，公斤/小時。

GTmin-不隨發動機的工作狀態變化的最小燃油流量，公斤/小時。

GTmin狀態-在每一個狀態下工作時的最小燃油流量，公斤/小時。

K減速-減速系統，（公斤/小時）/公斤力/厘米2；

P高壓壓氣機-高壓壓氣機后的空氣總壓，公斤力/厘米2

2）發動機按以下規律（程序）的最大燃油流量

其中：GTmax程序-最大燃油流量設定（程序）值，公斤/小時。

GTmax-不隨發動機的工作狀態變化的最大燃油流量，公斤/小時。

GTmax狀態-在每一個狀態下工作時的最大燃油流量，公斤/小時。

1.3 某型發動機控制系統

自動控制和監控系統是帶有液壓機械備份控制的電子數字系統。其功能有自動控制發動機的參數；有效監控和診斷發動機；向飛機系統輸出信息。

自動控制和監控系統由主系統和應急系統組成。主控制系統和監控系統為電子液壓機械系統，應急自動控制系統和監控系統為液壓氣壓系統。從主自動控制和監控系統到應急自動控制和監控系統的轉換是自動的。自動控制和監控系統保證泵調節器，高壓壓氣機可調導向器的調節器，發動機進口送壓無損耗受感器，發動機及系統工作參數傳感器和信號器正常工作。轉應急控制系統后，發動機只有兩個工作狀態：0.3最大狀態和0.7最大狀態，當油門桿角度≥51.1°時，發動機處于0.7最大狀態；當油門桿角度＜51.1°時，發動機處于0.3最大狀態。

1.4 某型發動機燃油系統故障

某型發動機在進行高度H=1km，表速度V=868km/h時，發動機報出“一級故障”，下顯示出現“發動機燃油流量控制故障”，發動機燃油系統由主控制系統轉入到發動機燃油應急控制系統。

2 Originlab語言

Origin是美國OriginLab公司開發的圖形可視化和數據分析軟件，是科學工作制和工程師常用的高級數據分析和制圖工具，自1991年問世以來，由于其操作簡易，功能開放，很快就成為國際流行的分析軟件之一，是公認的簡單易學、操縱靈活功能強大的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要、也可以滿足高級用戶數據分析函數擬合的需要。在國內，其使用范圍也越來越廣泛[1]。

2.1 發動機工作參數曲線

運用OriginLab公司開發的圖形可視化和數據分析軟件Origin分析某型發動機數據，繪制了發動機油門桿、飛行高度、飛行速度、發動機消耗燃油流量、發動機排氣溫度、發動機高壓轉子轉速和發動機低壓轉子轉速參數曲線，如圖1所示。

2.2 燃油流量控制故障原因

根據圖1曲線可以看出，發動機在進行高度H=1km，表速度V=868km/h時，發動機在最大狀態下的供油量超過了發動機在各個狀態的最大燃油流量軟件值GT=2300kg/h，FADEC就認為此時發動機燃油流量控制系統出現了故障，于是發動機從主燃油流量控制轉為發動機應急流燃油量控制。

3 燃油流量控制故障解決措施：

1）發動機特性

某型發動機在較寬的工作狀態、大氣條件、飛行高度和速度范圍內工作，因此，其參數值（推力、燃油流量、轉子轉速、空氣流量、渦輪前和渦輪后的燃氣溫度、壓氣機后的空氣壓力）變化很大。這些變化表現為下列三種特性：節流特性、氣候特性和高度速度特性，如圖2所示。

2）同時結合某型發動機在平時飛行過程中積累的飛行數據，得出飛機在各個高度下以1000km/h表速飛行時所消耗的燃油流量，如表1所示。

圖1 發動機工作參數曲線

圖2 發動機三大特性

表1 各高度表速1000km/h時實際燃油流量

根據上述發動機的三大特性以及結合某型發動機在平時飛行過程中積累的飛行數據，得出飛機在各個高度下以1000km/h表速飛行時所消耗的燃油流量情況得出解決措施為：對某型發動機控制系統進行更改，當燃油流量小于2300Kg/h時，則允許燃油流量繼續上升，直到T4到達791℃時，燃油流量不再上升，發動機的消耗流量最大為燃油流量調節器的最大允許流量2500Kg/h，此時發動機燃流量控制不會轉為發動機燃油應急控制 （同時發動機控制軟件沒有進行更改前，發動機只允許在1500米以下，V=800Kg/h下飛行）。

4 發動機控制軟件更改后發動機工作曲線

發動機控制軟件更改后，根據圖3曲線，可以看出，發動機在進行高度H=1km，表速度V=868km/h時，發動機在最大狀態下的供油量沒有超過發動機在各個狀態的最大燃油流量軟件值（GT=2300kg/h），發動機在主燃油流量控制系統下工作正常。

圖3 發動機工作參數曲線

5 結語

某型教練機在進行高度H=1km，表速度V=868km/h的飛行時，其發動機在最大狀態下的供油量超過了發動機在各個狀態的最大燃油流量軟件值（GT=2300kg/h），FADEC就認為此時發動機燃油流量控制系統出現了故障，于是發動機從主燃油流量控制轉為發動機應急流燃油量控制。根據上述發動機的三大特性以及結合某型發動機在平時飛行過程中積累的飛行數據，得出飛機在各個高度下以1000km/h表速飛行時所消耗的燃油流量情況，對某型發動機控制系統進行更改，當燃油流量小于2300Kg/h時，則允許燃油流量繼續上升，直到T4到達791℃時，燃油流量不再上升，發動機的消耗流量最大為燃油流量調節器的最大允許流量2500Kg/h，此時發動機燃流量控制不會轉為發動機燃油應急控制，解決了某型發動機燃油流量控制故障。

[1]周劍平.精通Origin7.0.北京：北京航空航天大學出版社，2004，3.

[2]宮寶成.航空發動機燃油和控制系統.高等教育出版社，2001，4.

[3]某型發動機技術使用說明書.

[4]某型飛機技術維護使用說明書.

[5]宮寶成.航空發動機自動裝置.高等教育出版社,2001，4.