基于小型渦噴發動機的試車訓練裝置的設計

孫翔龍 任再青 李亞歌

摘要：為滿足發動機試車科目訓練要求，設計一型基于小型渦噴發動機的試車訓練裝置。闡述了該訓練裝置的功能、組成、工作原理和使用方法。該裝置經濟性好，操作方便，安全性好，能滿足教學訓練要求。

關鍵詞：訓練裝置;試車;渦噴發動機

1 引言

發動機試車是檢測飛機發動機性能的一種重要、經常的手段，是航空維修機械專業學員必須掌握的一項技能。在教學實施的過程中，若使用實裝飛機進行發動機試車，則有危險性高、耗費大、保障復雜、受天氣制約等缺點;若使用模擬試車練習器進行發動機試車訓練，則有仿真度不高、設備故障率高等問題。針對此問題，可使用基于小型渦噴發動機的試車訓練裝置進行模擬練習和實裝試車之間的過渡訓練。該訓練裝置具有耗費小、相對安全、可在室內進行等優點。該訓練裝置可進行發動機主要性能參數的檢查，具備使學員達到理解發動機性能衡量標準和會進行參數檢測教學目標的功能。同時，該訓練裝置還具有外場條件下實裝飛機試車所不具備的一項功能，即：能夠進行發動機推力的測量，繪制出發動機轉速特性曲線，從而加深學員對發動機工作特性的理解。

2主要功能

該裝置的主要功能是實現小型渦噴發動機的起動、停車和使發動機處于不同的工作狀態，并能夠進行發動機起動溫度、起動時間、停車時間及各狀態的轉速、排氣溫度、推力等發動機性能參數的測量。該裝置具有相應的安全性和可靠性設計。

3組成及工作原理

訓練裝置由小型渦噴發動機、發動機控制單元、控制手柄、地面控制單元、推力測量系統、燃油供給系統、工作臺架組成。訓練裝置組成原理如圖1所示：

3.1小型渦噴發動機

小型渦噴發動機是訓練裝置的核心，也是試車的操作對象。以推力適中、性能可靠的航模用渦噴發動機為基礎，利用原有參數傳感器或增添相應的參數傳感器和接口線路即制作成試車訓練用的小型渦噴發動機。如航模用渦噴發動機JetCat P130-RX即滿足要求，該發動機由壓氣機、燃燒室、渦輪組成。

3.2發動機控制單元

發動機控制單元的核心部件是單片機和控制程序。工作時，采集發動機轉速、排氣溫度及油門桿位置數據，根據控制程序解算后控制發動機供油量。

3.3控制手柄

控制手柄由油門桿和通信鏈路組成。使用油門桿起動發動機并控制發動機的工作狀態。通信鏈路將油門位置數據傳到發動機控制單元。

3.4地面控制單元

地面控制單元包括發動機轉速傳感器、排氣溫度傳感器、電路接口和監視器。地面控制單元監控發動機轉速、排氣溫度和發動機推力，使得試車人員能夠通過監視器實時觀測到發動機的性能參數。

3.5推力測量系統

推力測量系統由固定支架和推力傳感器兩部分組成。發動機固定在固定支架上。固定支架放置在滑軌上，并與推力傳感器相連。發動機工作時推動固定支架在滑軌方向產生與推力大小成比例的位移。該位移經推力傳感器測量后即得出發動機推力。

3.6燃油供給系統

燃油供給系統由油箱、油泵、輸油管路、油濾、關斷閥組成，將工作用航空煤油穩定、可靠地供應給發動機。油箱的功能是儲存燃料。油泵的功能是將燃料增壓后供給發動機，保證發動機工作可靠。輸油管道的功能是提供燃料流通通道，輸油管道連接到發動機控制單元，經發動機控制單元調節供油量后再供給發動機。油濾的功能是保證供給發動機的燃料無雜質。關斷閥的功能是根據需要將油箱和發動機之間的燃料通道斷開。

3.7工作臺架

工作臺架的是其它部件的安裝容器和平臺。燃油供給系統的油箱、油泵、油濾、關斷閥、部分輸油管路及安全保護罩布置在臺架內部;發動機、發動機控制單元、參數測量系統、推力測量系統布置在臺架上部。

4使用方法

訓練裝置在使用分為準備工作、發動機起動、發動機參數檢測、發動機停車、恢復工作和數據處理幾個步驟。訓練裝置在使用過程中要注意安全注意事項。

4.1準備工作和安全注意事項

（1）實習前要檢查臺架是否清潔干凈，務必清理可能吸入發動機進氣口的雜物。

（2）實習前要檢查訓練裝置各部附件固定牢靠，防止發動機工作過程中出現機件松脫、漏油等問題。

（3）為防止意外著火，發動機工作過程中滅火瓶必須隨時準備好。

4.2發動機起動

（1）打開控制手柄開關。

（2）將控制手柄上的油門桿推到最大再拉到最小，此時向發動機控制單元發出起動信號。在發動機控制單元的控制下起動電機開始帶轉、點火棒開始加熱、起動供油泵開始供油，發動機開始起動。

（3）發動機到達怠速轉速時，在發動機控制單元的控制下起動結束

4.3發動機參數檢測

（1）略推油門桿，使發動機轉速上升到60000rpm，對發動機進行暖機。

（2）收油門桿使發動機轉速降低到慢車轉速。

（3）推油門桿使發動機轉速上升，待轉速穩定后記錄下發動機的轉速、排氣溫度和推力。重復幾次該過程直到發動機轉速達到最大轉速。

（4）收油門桿使發動機轉速降低到慢車轉速，對發動機進行冷機。

4.4發動機停車

（1）關閉操作手柄電源，給發動機控制單元發出停車信號。

（2）發動機在發動機控制單元的控制下會帶轉工作一段時間以進一步冷卻發動機，隨后停車。

4.5恢復工作和數據處理

（1）斷電、斷油，清理試車訓練裝置。

（2）記錄數據和進行相應推算得出發動機性能參數，包括發動機轉速、推力、排氣溫度、耗油量和耗油率。

（3）繪制發動機轉速特性曲線，即發動機推力和耗油率隨轉速的變化曲線。

（4）繪制排氣溫度隨轉速的變化曲線。

參考文獻：

[1]黃翠翠.MCS-51單片機原理及應用[M].北京大學出版社.2013.8

[2]李偉，陳迪，胡強.基于MSP430和ST16C554的JetCat發動機監測控制器設計[J].四川兵工學報.2013.12

（作者單位：空軍工程大學航空機務士官學校;a.航空機械工程系;b.學員二隊）