航空發動機燃油與控制系統測試技術研究

陳昊洋

【摘 要】燃油與控制系統是航空發動機的神經系統，其安全可靠性對航空發動機正常工作有致命的影響。為了確保科研階段航空發動機整機試驗及科研試飛安全可靠，必須對燃油與控制系統進行測試監控，以便預先評估航空發動機燃油與控制系統的安全可靠性。本論文主要研究航空發動機整機試驗和科研試飛中燃油與控制系統的測試監控技術。

【關鍵詞】航空發動機 整機試驗 科研試飛 燃油與控制系統 測試技術

1 引言

在航空發動機研制過程中，要經過大量整機試驗和科研試飛才能最終確定燃油與控制系統的性能、可靠性和操縱性。在整機試驗和科研試飛中，臺面儀表僅顯示了發動機狀態和告警參數，幾乎沒有監控顯示燃油與控制系統的相關參數。如果不對燃油與控制系統進行測試改裝，在整機試驗和科研試飛中則無法預估燃油與控制系統的安全可靠性，也不利于燃油與控制系統的故障排查。為了降低整機試驗和科研試飛的風險，必須加強燃油與控制系統的全面監控，保障試驗安全可靠的進行。

2 燃油與控制系統組成

燃油與控制系統主要由離心式增壓泵、低壓燃油濾、燃油調節器、電子控制器、燃滑油散熱器、超轉放油閥、各類傳感器及電纜等附件組成。

3 燃油系統測試

燃油系統由離心式增壓泵、低壓燃油濾、燃油調節器、燃滑油散熱器及超轉放油閥等附件組成，其作用是將燃油輸送到燃燒室，保證航空發動機各種工作狀態下所需的燃油。飛機或臺面儀表僅監控燃油濾堵塞和燃油壓力低兩個發動機燃油系統告警信號。因此，必須對燃油系統進行相應的測試改裝，才能全面監控燃油系統的工作狀態，保證試驗安全進行。

3.1增壓泵進出口燃油壓力和燃油溫度的測試

燃油系統組成元件，尤其是燃油調節器只能在特定的進口燃油壓力和溫度范圍內正常工作，否則工作異常，給發動機正常工作造成一定的影響。通過對增壓泵進出口燃油壓力和溫度進行測試監控，可以避免燃油系統在燃油壓力和溫度規定值外工作，如圖1所示。燃油壓力開關雖然具有燃油壓力低告警功能，但是不能對燃油壓力數值進行監控。通過在燃油壓力開關和燃油管路連接處增加一個三通的管接頭，既不影響燃油壓力低告警功能，又可以監控燃油壓力的實際值。在試驗過程中，一旦發現增壓泵后燃油壓力數值異常，便提醒操作員降低飛行高度或者打開飛機油箱增壓泵，避免造成不必要的損失。

3.2計量燃油流量和計量燃油壓力的測試

燃油系統首要的任務就是保證航空發動機各種工作狀態下的燃油需求，燃油調節器便是完成該任務的執行機構。電子控制器根據發動機狀態輸出計量油針給定信號至泵調節器，泵調節器接收到信號后輸出相應的燃油，并將計量油針反饋信號傳輸給電子控制器。泵調節器理論供油流量和實際供油流量有一定的誤差，誤差超出一定范圍時就會影響發動機正常工作。通過對泵調節器出口對計量燃油流量和燃油壓力進行測試監控，實現泵調節器實際供油流量和理論供油流量的對比分析，實時監控泵調節器的工作特性。當發動機出現超轉現象時，電子控制器控制超轉放油閥按照既定規律工作，可以避免飛機因發動機超轉停車而失去動力。在超轉放油閥出口測試監控燃油特性，不但可以監控超轉放油閥的工作狀況，也可以監控發動機噴嘴前的燃油壓力。

4控制系統測試

控制系統集信號采集與處理、故障診斷與對策、控制方法與控制規律于一體，主要由傳感器、電纜和電子控制器等組成，其中電子控制器軟件和硬件結合在一起成為控制系統的核心部件。

在正常使用過程，電子控制器將發動機狀態參數和控制系統故障告警信號輸送至臺面儀表，但是傳感器和電子控制器的工作特性無法監控。為了在整機試驗和科研試飛時，實時掌握控制系統工作狀態，便于故障的排查和分析，可以對控制系統進行測試改裝，具體如圖2所示。在電子控制器方案設計時，便充分考慮了整機試驗和科研試飛測試改裝的需要，對其通訊端口進行了余度設計。

在發動機整機試驗時，電子控制器和監控計算機進行通訊，實時監控發動機及控制系統工作狀態。監控計算機能實時顯示信號參數及試驗曲線、開關量狀態、故障告警信息等，還具有數據存儲功能，具體如圖3所示。

在科研試飛時，電子控制器可以和飛機遙測系統進行數據傳輸，但是飛機遙測系統只能將少量關鍵信息傳輸至地面監控系統，實現航空發動機及控制系統的實時監控。通過將整機試驗監控計算機通訊接口處安裝一個控制系統數據記錄儀，可以詳細記錄存儲試驗過程燃油與控制系統的信息，以便進行曲線回放和分析，也為燃油與控制系統安全性評估及故障排查提供依據。

5 試驗驗證

燃油與控制系統隨發動機整機試驗過程中，出現發動機起動失敗現象。經過對測試數據進行分析，發現燃油與控制系統實際供油流量比理論供油流量低，引起發動機起動失敗，如圖4所示。

燃油與控制系統隨發動機裝飛機科研試飛時，控制系統向飛機座艙儀表輸出導葉電磁閥故障。通過分析控制系統數據記錄儀存儲的數據，發現因導葉給定信號和反饋信號偏差超出規定值，引起控制系統報導葉電磁閥故障。

6 結語

通過對航空發動機燃油與控制系統參數進行測試監控，可以全面掌控在航空發動機整機試驗和科研試飛中燃油與控制系統的工作狀態，也能預先評估燃油與控制系統的安全可靠性，保證試驗順利進行。測試監控存儲的數據也為燃油與控制系統的故障排查和分析提供了依據，保障航空發動機燃油與控制系統研制工作順利開展。

參考文獻：

[1] 孫建國.現代航空動力裝置控制[M].北京：航空工業出版社，2001.

[2] 樊思齊，徐蕓華.航空推進系統控制[M].西安：西北工業大學出版社，1995.

[3] 廉小純，吳虎.航空發動機原理[M].西安：西北工業大學出版社，2006.

[4] 張寶誠.航空發動機試驗和測試技術[M].北京航空航天大學出版社，2005.

[5] 姚華.航空發動機全權限數控系統研究與試飛驗證[J].航空動力學報，2004（2）.

[6] 周嚴.測控系統電子技術[M].北京：北京科學出版社，2007.