某型發動機加力控制系統及故障分析

李學良 李小東 鄭維新

【摘 要】某型發動機是帶加力功能的大推力渦輪風扇發動機，但由于我國航空發動機技術的限制，其控制系統仍舊以機械液壓式控制系統為主。由于本文講述了一起該型發動機加力接通異常故障的排除過程，并借此例對該型發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有一定的幫助和指導作用。

【關鍵詞】發動機 加力 加力控制

對于現代戰斗機的發動機，加力已經成為必不可缺的重要功能。某型發動機使用復燃加力方式，以燃油消耗率增加到非加力狀態三倍的代價，使推力增加至1.7倍，達到12噸級，對提高戰斗機的作戰性能有著至關重要的作用。本文介紹了一起某型發動機加力接通故障，并借此分析了該型發動機加力系統的組成和工作原理。

1故障現象

某部對發動機進行試車檢查時出現異常：進入加力狀態后，發現加力指示燈未亮，即加力未能接通，但地面人員發現尾噴口出現加力火焰，加力已經接通。將發動機轉換為訓練狀態（n1、n2、T6均下調以降低發動機負荷、降低發動機壽命損耗），再次進入加力狀態，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，加力系統未正常投入工作，但加力依舊成功接通。

2加力系統組成和原理

受我國航空工業技術水平限制，某型發動機采用模擬電子與液壓機械相結合的調節系統，加力系統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、噴口控制系統、控制加力接通的電氣系統組成。

加力燃油系統功能是向加力燃燒室供給燃油，并自動調節供油量以保證加力燃燒室穩定工作，為開環控制系統。其主要附件有：加力燃油泵、噴口加力調節器（加力燃油計量部分）、加力燃油分布器、加力輸油圈和相應管路。加力燃油系統核心部件是噴口加力調節器。噴口加力調節器根據油門桿位置、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；

噴口調節系統功能是自動調節尾噴口直徑以調節加力燃燒室內氣壓，保證加力接通后發動機穩定工作。該系統為閉環控制系統，核心部件為噴口加力調節器內的落壓比調節器，其他附件有：噴口油源泵、噴口加力調節器（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功能是點燃加力燃油、控制加力穩定可靠的接通，并將加力接通與否反饋至飛機座艙，其主要零附件有：電子調節器（加力模塊）、加力點火控制盒、加力點火裝置、加力點火電嘴、噴口加力調節器上的傳感器和高速電磁閥、火焰探測器。該系統核心部件為電子調節器，負責控制加力燃油控制系統一定時序進行工作，并在條件滿足時控制點火系統點火。

3加力接通的過程

加力接通過程中，加力燃油系統、噴口調節系統和電氣系統需協調工作，任意一環出現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動機穩定工作，加力接通可分為四個階段。

第一階段，接通加力的準備階段：從發動機油門桿進入加力域開始，加力燃油系統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；同時噴口加力調節器上的加力信號器感受到噴口加力調節器進入加力狀態時指令油壓的變化，發出“接通加力”信號。噴口加力調節器的落壓比調節器也在此時投入工作，保證發動機主機工作穩定。

第二階段，加力點火：電子調節器在收到“接通加力”信號時，立即向噴口加力調節器“最小加力電磁閥”供電，使加力燃油系統只能向加力起動燃油總管供油。并根據發動機狀態進行一定延時（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送點火指令。

加力點火控制盒收到電子調節器發送的點火指令后，加力點火控制盒向加力點火裝置供電。加力點火裝置內的儲能電容器進行電荷積累，經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，則向電子調節器發出“加力已接通”信號，電子調節器切斷“最小加力電磁閥”的供電，并向座艙加力燈發送高電平信號使其常亮，電氣系統的加力接通程序結束。

若加力點火3s后仍未成功，電子調節器未收到“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送脈沖信號使其閃亮。

第四階段，接通全加力：噴口加力調節器的最小加力電磁閥停止工作后，加力燃油系統增大加力燃燒室的供油量，依次接通各區加力燃油總管供油，加力燃油系統進入全加力工作狀態。

由于電氣系統只在點火階段限制加力燃油流量，因此電氣系統與加力燃油控制系統基本是相互獨立的，加力燃油系統最終都會向加力燃燒室供給足量燃油。這種設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”的現象，可判斷控制加力接通的電氣系統未能投入工作，因為電氣系統投入工作后加力指示燈只可能有常亮和閃亮兩種狀態，但這仍無法解釋為何會出現加力火焰。

根據“電氣系統未能投入工作”的基本判斷，試車檢查了噴口加力調節器的指令油壓和加力信號器，發現加力信號器故障。根據電氣系統的原理，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，加力接通數次均無異常。因故障現象消失、故障部位和排故之初的判斷吻合，因此判斷故障已經排除。

對于加力未接通卻出現加力火焰的矛盾現象，經多方求證，認為是某型發動機渦輪后燃氣溫度很高，遠超國內其他各型發動機，高溫燃氣將燃油直接引燃造成的。而在訓練狀態因渦輪后溫度較低，一般較戰斗狀態低30℃～50℃，未能將燃油引燃，所以沒有出現這種矛盾現象。

5結語

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