某型發(fā)動機加力控制系統(tǒng)及故障分析

李學(xué)良　李小東　鄭維新

（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽　110043）

某型發(fā)動機加力控制系統(tǒng)及故障分析

李學(xué)良李小東鄭維新

（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110043）

某型發(fā)動機是帶加力功能的大推力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，但由于我國航空發(fā)動機技術(shù)的限制，其控制系統(tǒng)仍舊以機械液壓式控制系統(tǒng)為主。由于本文講述了一起該型發(fā)動機加力接通異常故障的排除過程，并借此例對該型發(fā)動機加力燃油控制和加力接通控制進行了分析。希望本文為了解機械液壓式加力控制系統(tǒng)有一定的幫助和指導(dǎo)作用。

發(fā)動機加力加力控制

對于現(xiàn)代戰(zhàn)斗機的發(fā)動機，加力已經(jīng)成為必不可缺的重要功能。某型發(fā)動機使用復(fù)燃加力方式，以燃油消耗率增加到非加力狀態(tài)三倍的代價，使推力增加至1.7倍，達到12噸級，對提高戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)性能有著至關(guān)重要的作用。本文介紹了一起某型發(fā)動機加力接通故障，并借此分析了該型發(fā)動機加力系統(tǒng)的組成和工作原理。

1　故障現(xiàn)象

某部對發(fā)動機進行試車檢查時出現(xiàn)異常：進入加力狀態(tài)后，發(fā)現(xiàn)加力指示燈未亮，即加力未能接通，但地面人員發(fā)現(xiàn)尾噴口出現(xiàn)加力火焰，加力已經(jīng)接通。將發(fā)動機轉(zhuǎn)換為訓(xùn)練狀態(tài)（n1、n2、T6均下調(diào)以降低發(fā)動機負荷、降低發(fā)動機壽命損耗），再次進入加力狀態(tài)，加力指示燈未亮，尾噴口無加力火焰，加力未能接通。

本次故障最大的特點就是，加力系統(tǒng)未正常投入工作，但加力依舊成功接通。

2　加力系統(tǒng)組成和原理

受我國航空工業(yè)技術(shù)水平限制，某型發(fā)動機采用模擬電子與液壓機械相結(jié)合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加力系統(tǒng)的燃油控制和噴口控制均為液壓機械式。從功能上主要由加力燃油系統(tǒng)、噴口控制系統(tǒng)、控制加力接通的電氣系統(tǒng)組成。

加力燃油系統(tǒng)功能是向加力燃燒室供給燃油，并自動調(diào)節(jié)供油量以保證加力燃燒室穩(wěn)定工作，為開環(huán)控制系統(tǒng)。其主要附件有：加力燃油泵、噴口加力調(diào)節(jié)器（加力燃油計量部分）、加力燃油分布器、加力輸油圈和相應(yīng)管路。加力燃油系統(tǒng)核心部件是噴口加力調(diào)節(jié)器。噴口加力調(diào)節(jié)器根據(jù)油門桿位置、進氣溫度T1和主燃燒室氣壓P31控制燃油流量，然后將燃油輸送到加力燃油分布器，加力燃油分布器再將燃油分配到5個輸油圈；

噴口調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能是自動調(diào)節(jié)尾噴口直徑以調(diào)節(jié)加力燃燒室內(nèi)氣壓，保證加力接通后發(fā)動機穩(wěn)定工作。該系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，核心部件為噴口加力調(diào)節(jié)器內(nèi)的落壓比調(diào)節(jié)器，其他附件有：噴口油源泵、噴口加力調(diào)節(jié)器（加力噴口控制部分）、噴口作動筒等。

控制加力接通的電氣系統(tǒng)功能是點燃加力燃油、控制加力穩(wěn)定可靠的接通，并將加力接通與否反饋至飛機座艙，其主要零附件有：電子調(diào)節(jié)器（加力模塊）、加力點火控制盒、加力點火裝置、加力點火電嘴、噴口加力調(diào)節(jié)器上的傳感器和高速電磁閥、火焰探測器。該系統(tǒng)核心部件為電子調(diào)節(jié)器，負責(zé)控制加力燃油控制系統(tǒng)一定時序進行工作，并在條件滿足時控制點火系統(tǒng)點火。

3　加力接通的過程

加力接通過程中，加力燃油系統(tǒng)、噴口調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)需協(xié)調(diào)工作，任意一環(huán)出現(xiàn)問題均會引起嚴重的后果。為保證加力可靠的接通并保證加力接通時發(fā)動機穩(wěn)定工作，加力接通可分為四個階段。

第一階段，接通加力的準備階段：從發(fā)動機油門桿進入加力域開始，加力燃油系統(tǒng)立即向加力起動燃油總管供油，在加力燃燒室形成可燃油氣；同時噴口加力調(diào)節(jié)器上的加力信號器感受到噴口加力調(diào)節(jié)器進入加力狀態(tài)時指令油壓的變化，發(fā)出“接通加力”信號。噴口加力調(diào)節(jié)器的落壓比調(diào)節(jié)器也在此時投入工作，保證發(fā)動機主機工作穩(wěn)定。

第二階段，加力點火：電子調(diào)節(jié)器在收到“接通加力”信號時，立即向噴口加力調(diào)節(jié)器“最小加力電磁閥”供電，使加力燃油系統(tǒng)只能向加力起動燃油總管供油。并根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)進行一定延時（若n2≥85%，延時0.4s，若n2＜85%，則在n2達到85%后，再延時0.9s）后，向加力點火控制盒發(fā)送點火指令。

加力點火控制盒收到電子調(diào)節(jié)器發(fā)送的點火指令后，加力點火控制盒向加力點火裝置供電。加力點火裝置內(nèi)的儲能電容器進行電荷積累，經(jīng)加力點火電嘴電極間隙瞬時放電，形成電火花以直接點燃油氣。

第三階段，加力接通：若加力點火已成功，火焰探測器探測到加力火焰，則向電子調(diào)節(jié)器發(fā)出“加力已接通”信號，電子調(diào)節(jié)器切斷“最小加力電磁閥”的供電，并向座艙加力燈發(fā)送高電平信號使其常亮，電氣系統(tǒng)的加力接通程序結(jié)束。

若加力點火3s后仍未成功，電子調(diào)節(jié)器未收到“加力已接通”信號，則切斷最小加力電磁閥的供電。同時向座艙加力燈發(fā)送脈沖信號使其閃亮。

第四階段，接通全加力：噴口加力調(diào)節(jié)器的最小加力電磁閥停止工作后，加力燃油系統(tǒng)增大加力燃燒室的供油量，依次接通各區(qū)加力燃油總管供油，加力燃油系統(tǒng)進入全加力工作狀態(tài)。

由于電氣系統(tǒng)只在點火階段限制加力燃油流量，因此電氣系統(tǒng)與加力燃油控制系統(tǒng)基本是相互獨立的，加力燃油系統(tǒng)最終都會向加力燃燒室供給足量燃油。這種設(shè)計顯然有一定的缺陷，但也有著簡單實用的特點。

4　故障原理分析

通過“加力指示燈未亮”的現(xiàn)象，可判斷控制加力接通的電氣系統(tǒng)未能投入工作，因為電氣系統(tǒng)投入工作后加力指示燈只可能有常亮和閃亮兩種狀態(tài)，但這仍無法解釋為何會出現(xiàn)加力火焰。

根據(jù)“電氣系統(tǒng)未能投入工作”的基本判斷，試車檢查了噴口加力調(diào)節(jié)器的指令油壓和加力信號器，發(fā)現(xiàn)加力信號器故障。根據(jù)電氣系統(tǒng)的原理，加力信號器輸出的信號實際意義是“油門桿進入加力域”，是電氣系統(tǒng)工作的首要條件，即加力信號器無輸出信號，則電氣不會投入工作。更換加力信號器后試車檢查，加力接通數(shù)次均無異常。因故障現(xiàn)象消失、故障部位和排故之初的判斷吻合，因此判斷故障已經(jīng)排除。

對于加力未接通卻出現(xiàn)加力火焰的矛盾現(xiàn)象，經(jīng)多方求證，認為是某型發(fā)動機渦輪后燃氣溫度很高，遠超國內(nèi)其他各型發(fā)動機，高溫燃氣將燃油直接引燃造成的。而在訓(xùn)練狀態(tài)因渦輪后溫度較低，一般較戰(zhàn)斗狀態(tài)低30℃～50℃，未能將燃油引燃，所以沒有出現(xiàn)這種矛盾現(xiàn)象。

5　結(jié)語

發(fā)動機故障種類紛繁，經(jīng)常會有匪夷所思的故障現(xiàn)象發(fā)生，尤其是在新型發(fā)動機上，會有很多首次發(fā)生的故障。故障雖然千奇百怪，但只要抓住了其中的關(guān)鍵點，任何故障的排除都不是難題。