某型發(fā)動機(jī)消喘系統(tǒng)原理及故障淺析

呂增亮

(中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110043)

某型發(fā)動機(jī)消喘系統(tǒng)原理及故障淺析

呂增亮

(中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110043)

發(fā)動機(jī)消喘系統(tǒng)作用是當(dāng)發(fā)動機(jī)空中出現(xiàn)喘振時,通過控制發(fā)動機(jī)燃油通道和幾何通道,來消除發(fā)動機(jī)喘振,并將發(fā)動機(jī)恢復(fù)到原穩(wěn)定狀態(tài)。如果消喘系統(tǒng)出現(xiàn)問題,發(fā)動機(jī)空中出現(xiàn)喘振時將不能自動退出喘振狀態(tài),嚴(yán)重威脅飛行安全。本論文以排除某型發(fā)動機(jī)消喘系統(tǒng)異常故障為例介紹該型發(fā)動機(jī)消喘系統(tǒng)組成和工作原理,對該故障原因進(jìn)行分析和確定。

消喘 恢復(fù)狀態(tài) 工作原理

1 引言

發(fā)動機(jī)發(fā)生喘振時，氣流會沿壓氣機(jī)軸向發(fā)生低頻率高振幅的氣流震蕩，這種震蕩會帶動壓氣機(jī)的葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動，使葉片在短時間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞或斷裂，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)流道受損，嚴(yán)重導(dǎo)致報廢。所以消喘系統(tǒng)的完好性對發(fā)動機(jī)至關(guān)重要。

2 發(fā)動機(jī)消喘系統(tǒng)工作原理

2.1 消喘系統(tǒng)的功用

發(fā)動機(jī)出現(xiàn)喘振時能自動退出喘振狀態(tài)，所采取的措施如下：(1)短時間接通消喘系統(tǒng)的同時，轉(zhuǎn)動高壓壓氣機(jī)可調(diào)導(dǎo)向器葉片；(2)增大尾噴口臨界截面積；(3)接通遭遇起動，隨后恢復(fù)發(fā)動機(jī)原來的工作狀態(tài)。

2.2 消喘系統(tǒng)的組成

(1)綜合調(diào)節(jié)器。綜合調(diào)節(jié)器防喘保護(hù)通道的功用是，當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)喘振和超溫時，通過控制發(fā)動機(jī)燃油通道和幾何通道，來消除發(fā)動機(jī)喘振和超溫，并將發(fā)動機(jī)恢復(fù)到原穩(wěn)定狀態(tài)。(2)空氣壓力受感部。空氣壓力受感部接收高壓壓氣機(jī)后的空氣總壓(P02)和靜壓(P2)，并把空氣總壓和靜壓輸送到喘振信號器。安裝位置在高壓壓氣機(jī)九級整流葉片中間的通道內(nèi)。(3)喘振信號器。喘振信號器為變壓器式，測量壓差工作范圍0．1～2．2kgf/cm2。測量壓差△PCK的數(shù)值和符號，并向防喘保護(hù)裝置傳輸電信號。安裝位置在外涵道前機(jī)匣上。(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過接收喘振信號，完成一系列消喘動作。

2.3 消喘系統(tǒng)電氣附件工作過程

當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)喘振征兆時，喘振信號器的輸出電壓發(fā)生變化，該輸出電壓被傳輸?shù)桨l(fā)動機(jī)綜合調(diào)節(jié)器的防喘保護(hù)裝置。

喘振信號器的輸出電壓有兩個分量：正比于壓差平均值△PCK1的不變分量和正比于壓力脈動△PCK2的交變分量。在防喘保護(hù)裝置內(nèi)，按照△PCK1和△PCK2來測量輸出電壓。

如果高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速n2＜85%情況下，氣流相對脈動值A(chǔ)=△PCK2/△PCK1≥(0．3±0．1)時；或是n2≥85%情況下，A=△PCK2/△PCK1≥(0．6±0．1)時，則防喘保護(hù)裝置發(fā)出接通發(fā)動機(jī)防喘保護(hù)系統(tǒng)并恢復(fù)原有工作狀態(tài)的“К1”指令。“К1”指令傳輸?shù)穆?lián)鎖條件：高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速n2≥35%；高度H大于2000米；飛行馬赫數(shù)大于0．65。

在解除“К1”指令后，“К1”指令在發(fā)動機(jī)起動自動器內(nèi)保持(8±1．6)秒。當(dāng)n2＜85%時，若氣流相對脈動值A(chǔ)＜(0．3±0．1)或者n2≥85%時，A＜(0．6±0．1)時防喘保護(hù)裝置解除“К1”指令，并用起動自動器進(jìn)行發(fā)動機(jī)起動并自動恢復(fù)到原有工作狀態(tài)。

2.4 消喘系統(tǒng)機(jī)械液壓部分工作過程

2.4.1 噴管臨界截面面積重調(diào)機(jī)構(gòu)的工作

當(dāng)發(fā)動機(jī)消除喘振系統(tǒng)工作時，油泵調(diào)節(jié)器輸出定壓油信號，該定壓油作用在噴管重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞下腔。活塞在油壓力作用下，克服彈簧力帶動傳動撥桿上移，由于傳動撥桿與差動機(jī)構(gòu)齒輪軸不在一個平面內(nèi)，使傳動撥桿繞齒輪軸轉(zhuǎn)動，通過差動機(jī)構(gòu)帶動帶誤差凸輪的齒輪轉(zhuǎn)動，并使誤差凸輪也轉(zhuǎn)動，誤差凸輪杠桿再帶動分油活門襯筒上移，打開活塞上腔的回油路，使分油活門上移，開大噴管臨界截面面積，增大發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度。

2.4.2 高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作

當(dāng)消除喘振系統(tǒng)工作時，電磁活門通電，定壓活門來油輸入到高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片重調(diào)器重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞右腔，使活塞左移，通過杠桿機(jī)構(gòu)帶動分油活門右移，作動筒活塞左腔來油，右腔回油，作動筒活塞右移，使導(dǎo)流葉片朝減小發(fā)動機(jī)空氣流量方向轉(zhuǎn)動，增大了發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定工作裕度。當(dāng)電磁活門斷電時，電磁活門切斷定壓活門的來油，重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞在彈簧力作用下，恢復(fù)到原工作狀態(tài)。

3 故障定位及原因分析

某日某單位，發(fā)動機(jī)地面試車檢查消喘系統(tǒng)時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n2由85．7%下降到44．2%，渦輪后溫度下降180℃，經(jīng)過約13秒鐘后發(fā)動機(jī)參數(shù)恢復(fù)正常。進(jìn)行主泵調(diào)節(jié)器放氣，經(jīng)多次檢查故障現(xiàn)象未消失。

分析故障原因有以下幾種可能性。

3.1 綜合調(diào)節(jié)器故障

綜合調(diào)節(jié)器收到地面檢查儀發(fā)出喘振信號后，向電磁活門發(fā)出周期性指令：接通1．5±0．2秒，斷開0．5±0．2秒。由于綜合調(diào)節(jié)器質(zhì)量問題導(dǎo)致發(fā)出消喘指令持續(xù)時間出現(xiàn)問題，電磁活門接通時間過長，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)切油過深。

3.2 主泵調(diào)節(jié)器故障

主泵調(diào)節(jié)器液壓繼電器從結(jié)構(gòu)上保證當(dāng)切油時間過長時切斷齒輪泵后高壓燃油通往主燃油分配器油路，避免發(fā)動機(jī)因切油時間過常停車。綜合調(diào)節(jié)器收到地面檢查儀發(fā)出喘振信號后，向電磁活門發(fā)出周期性工作指令。液壓繼電器時間調(diào)整層板節(jié)流器依據(jù)本身流量調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)切油時間長短。如果層板節(jié)流器堵塞或者液壓繼電器分油柱塞卡滯，運(yùn)動不靈活將會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)因切油時間過深而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)停車。

3.3 燃油分配器故障

油泵調(diào)節(jié)器中的定壓活門的油液通往分配器活門右邊，放油斷流活門左移，切斷了分配器活門右邊回油路，因而有壓力升高，分配器活門左移切斷了通往主、副輸油圈的油路，燃燒室供油中斷。當(dāng)發(fā)動機(jī)喘振信號消失時，發(fā)動機(jī)停車活門退出工作，切斷了油泵調(diào)節(jié)器定壓活門通往分配器活門右邊的油路，放油斷流活門在左邊彈簧力作用下右移，打開分配器活門右邊的回油路，分配器活門右邊壓力下降，在其左邊油壓作用下右移，打開了通往主副輸油圈的油路，恢復(fù)向燃燒室的供油。

外場先后更換綜合調(diào)節(jié)器、主泵調(diào)節(jié)器后，地面試車檢查故障現(xiàn)象再現(xiàn)，說明該故障不是由二者引起。后更換燃油分配器后地面試車檢查消喘系統(tǒng)正常，確定該故障是由燃油泵分配器故障引起的。

4 結(jié)語

航空發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的心臟，被譽(yù)為“工業(yè)之花”，它直接影響飛機(jī)的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，是一個國家科技、工業(yè)和國防實(shí)力的重要表現(xiàn)。而發(fā)動機(jī)內(nèi)部的每個分系統(tǒng)也都直接的影響發(fā)動機(jī)的性能，所以消喘系統(tǒng)也是保證發(fā)動機(jī)、飛機(jī)以及駕駛?cè)藛T安全性的重要組成部分。本論文對航空發(fā)動機(jī)消喘系統(tǒng)進(jìn)行了原理上的講解以及結(jié)合具體故障對涉及該系統(tǒng)的各個附件進(jìn)行了分析，為以后遇到此類故障提供了排故思路，也為以后其他型號的發(fā)動機(jī)的研發(fā)和設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1]王云.航空發(fā)動機(jī)原理.北京航空航天大學(xué)出版社.

[2]陳光.航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分分析.北京航空航天大學(xué)出版社.