某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油總管流量分布試驗(yàn)器研制

程鑫，趙方

（海翔機(jī)械廠，河北 邯鄲 057150）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在工作一段時(shí)間后，經(jīng)常伴有加力燃油總管流量及分布超標(biāo)的現(xiàn)象，加力燃油總管作為供油系統(tǒng)的重要組成部分，其修理質(zhì)量將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平，輕者導(dǎo)致主機(jī)性能下降，重者燒毀機(jī)件，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全。在發(fā)動(dòng)機(jī)修理過(guò)程中，加力燃油總管流量及分布的檢測(cè)是一項(xiàng)非常重要指標(biāo)。隨著工廠某新型發(fā)動(dòng)機(jī)修理建線計(jì)劃的逐步開(kāi)展，原有試驗(yàn)器功能不能滿足新機(jī)修理技術(shù)要求，因此，重新研制一臺(tái)適應(yīng)某新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油總管流量試驗(yàn)的試驗(yàn)器成為急需解決的問(wèn)題。

1 試驗(yàn)器整體方案設(shè)計(jì)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力總管流量分布試驗(yàn)器是某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油總管、噴油環(huán)及噴油孔的流量及均布等特性測(cè)量的專用設(shè)備，主要由液壓系統(tǒng)、計(jì)量機(jī)構(gòu)和電控系統(tǒng)等組成，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)某動(dòng)力系統(tǒng)工作狀態(tài)，給加力燃油總管供給特定壓力和流量的航空煤油，通過(guò)計(jì)量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加力燃油總管（Ⅱ區(qū)燃油總管、Ⅲ區(qū)燃油總管、Ⅳ區(qū)燃油總管、Ⅴ區(qū)燃油總管）、噴油環(huán)（Ⅰ區(qū)噴油環(huán)）、噴油桿和噴油孔的流量測(cè)量，并計(jì)算流量分布特性。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)加力燃油總管修理技術(shù)條件可知，此次流量試驗(yàn)要求有兩個(gè)特點(diǎn)：一是試驗(yàn)流量范圍域廣，五區(qū)總管的試驗(yàn)分為五個(gè)流量試驗(yàn)點(diǎn)：890L/h、5613L/h、7220L/h、6014L/h、8000L/h，其中，最小流量為890L/h，最大流量為8000L/h；二是液壓系統(tǒng)壓力波動(dòng)對(duì)流量變化影響較大。為確保液壓系統(tǒng)在五區(qū)總管流量試驗(yàn)時(shí)均能夠提供穩(wěn)定的壓力和流量，動(dòng)力源的選擇是關(guān)鍵，如果液壓系統(tǒng)選擇偏小流量泵作為動(dòng)力源，做大流量試驗(yàn)時(shí)，泵超載運(yùn)行，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)介質(zhì)脈動(dòng)較大，壓力不穩(wěn)，不符合試驗(yàn)要求，而選擇大流量泵作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源時(shí)，有三點(diǎn)不合適：第一，做小流量試驗(yàn)器時(shí)，85%以上的航空煤油需要通過(guò)溢流閥溢流，會(huì)使液壓系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)脈動(dòng)增加，且脈動(dòng)無(wú)規(guī)律，隨機(jī)性明顯，影響測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性；第二，大部分流量溢流，會(huì)使液壓系統(tǒng)內(nèi)航空煤油的溫度快速上升，不利于介質(zhì)溫度的控制，影響測(cè)量結(jié)果；第三，85%以上的航空煤油需要溢流回油箱，這樣會(huì)造成系統(tǒng)能源的浪費(fèi)，同時(shí)降低液壓元件的使用壽命。

圖1 液壓系統(tǒng)原理圖

如圖1 所示，根據(jù)某機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)修理技術(shù)條件，結(jié)合實(shí)際情況，最終將液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源設(shè)計(jì)成大、小流量?jī)商滓簤罕貌⒙?lián)而成，且可單獨(dú)控制運(yùn)行。選用脈動(dòng)誤差小于3%的內(nèi)嚙合齒輪泵，選取小流量泵7 流量為39.3cm3/rev，配以4 極電機(jī)，單獨(dú)運(yùn)行，用于890L/h 的小流量點(diǎn)的試驗(yàn)，選取大流量泵8 為163cm3/rev，配以4 極電機(jī)，單獨(dú)運(yùn)行，用于5613L/h、7220L/h、6014L/h、8000L/h 四組大流量點(diǎn)的試驗(yàn)，這樣既滿足了小流量試驗(yàn)需求，也滿足了大流量試驗(yàn)要求，再輔以氣液分離器、蓄能器等元件進(jìn)行穩(wěn)流穩(wěn)壓，最終可以將液壓系統(tǒng)的脈動(dòng)誤差降低至0.6%以內(nèi)，滿足了產(chǎn)品試驗(yàn)流量范圍廣的同時(shí)，也最大程度地降低了液壓系統(tǒng)的脈動(dòng)。

3 計(jì)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 氣動(dòng)多連桿機(jī)構(gòu)

為確保加力燃油總管的48 個(gè)噴嘴檢修時(shí)的試驗(yàn)流量更接近于在發(fā)動(dòng)機(jī)上的真實(shí)工作狀態(tài)，修理技術(shù)條件要求，將加力燃油總管與試驗(yàn)器連接，待試驗(yàn)器運(yùn)行穩(wěn)定后，同步測(cè)量48 個(gè)噴油孔流量。加力燃油總管的48 個(gè)噴油孔呈環(huán)形排列，為方便計(jì)量，首先，通過(guò)消沫筒將48 個(gè)噴油孔通過(guò)管道引流，將出油口“一”字排開(kāi)。

圖2 氣動(dòng)多連桿機(jī)構(gòu)局部示意圖

同時(shí)，設(shè)計(jì)氣動(dòng)多連桿機(jī)構(gòu)如圖2 所示，48 個(gè)噴油口引流管的出口與圖2 所示的可轉(zhuǎn)向油嘴3 一一對(duì)應(yīng)，設(shè)備剛剛開(kāi)啟時(shí)，可轉(zhuǎn)向油嘴處于Ⅰ工位5，航空煤油流入箱體1 內(nèi)，進(jìn)而通過(guò)回油管返回油箱，待產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定后，點(diǎn)擊計(jì)量按鈕，氣缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)6 推動(dòng)多連桿機(jī)構(gòu)，使可轉(zhuǎn)向油嘴3 運(yùn)動(dòng)至Ⅱ工位4，而轉(zhuǎn)向油嘴Ⅱ工位位于計(jì)量筒的正上方，此時(shí)，開(kāi)始同步計(jì)量48 噴油孔噴射的航空煤油。

3.2 計(jì)量機(jī)構(gòu)

液體流量的測(cè)量方法通常有 “質(zhì)量法”和“容積法”兩種，各有優(yōu)缺點(diǎn)，由于加力燃油總管流量試驗(yàn)范圍域廣，且測(cè)量的最小流量值較小，為提高計(jì)量精度，降低研制成本，所以，采用容積法進(jìn)行噴射流量的計(jì)量。

圖3 計(jì)量機(jī)構(gòu)局部示意圖

如圖3 所示，計(jì)量機(jī)構(gòu)主要由計(jì)量筒3 和玻璃管2 組成，計(jì)量時(shí)，航空煤油通過(guò)可轉(zhuǎn)向油嘴流入計(jì)量筒3 內(nèi)，根據(jù)連通器原理，計(jì)量筒和玻璃管內(nèi)液面等高，待測(cè)量時(shí)間結(jié)束后，可以從玻璃管讀取液位高度，進(jìn)而計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)流入計(jì)量筒和玻璃管的液體體積。

計(jì)量機(jī)構(gòu)具備以下功能：

（1）計(jì)量機(jī)構(gòu)的“校準(zhǔn)功能”。為確保每次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，計(jì)量機(jī)構(gòu)具備“調(diào)零功能”，每次實(shí)驗(yàn)前，先進(jìn)行48 個(gè)計(jì)量機(jī)構(gòu)的調(diào)零工作，即點(diǎn)擊調(diào)零按鈕，打開(kāi)計(jì)量筒下面的48 個(gè)“調(diào)零閥”1，如圖3 所示，計(jì)量筒3 內(nèi)調(diào)零管4 就處于開(kāi)路狀態(tài)，航空煤油從調(diào)零管流出，返回油箱，而調(diào)零管的上端口與計(jì)量機(jī)構(gòu)的的玻璃管的零刻線對(duì)應(yīng)，根據(jù)“短板原理”和連通器原理，當(dāng)玻璃管和計(jì)量筒內(nèi)液位下降到調(diào)零管的上管口時(shí)，玻璃管和計(jì)量筒內(nèi)液面自動(dòng)停止下降，此時(shí)，液位對(duì)應(yīng)的就是玻璃管的零刻線位置，完成實(shí)驗(yàn)前計(jì)量機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)工作。

（2）計(jì)量機(jī)構(gòu)的“拉平”功能。試驗(yàn)工藝要求，當(dāng)48 噴嘴流量收集完成后，首先，分別讀取48 個(gè)噴嘴的單個(gè)流量值，然后，計(jì)算總流量，為方便操作，提高計(jì)量精度，試驗(yàn)工藝要求48 個(gè)計(jì)量玻璃管中液位高度可“拉平”到同一高度，取平均值計(jì)量總流量，所以在48 個(gè)計(jì)量筒下方設(shè)計(jì)一個(gè)連通器6，將48 個(gè)計(jì)量筒聯(lián)通，可通過(guò)氣閥5 開(kāi)、閉實(shí)現(xiàn)48 個(gè)計(jì)量的聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)拉平功能，待液面穩(wěn)定后，讀取液位高度，通過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算，再乘以48 就得到加力燃油總管的總流量，此方法可提高總流量的讀取精度和工作效率。

4 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖4 電氣控制原理圖

根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，液壓系統(tǒng)大、小流量泵組可單獨(dú)控制，獨(dú)立運(yùn)行，并在控制系統(tǒng)中增加調(diào)零、拉平、排油等控制功能，電氣原理圖如圖4 所示。

5 應(yīng)用情況

（1）調(diào)試結(jié)論。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，從九個(gè)方面對(duì)試驗(yàn)器性能進(jìn)行調(diào)試、鑒定，詳情如表1。

（2）某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油總管試驗(yàn)情況。利用新研制試驗(yàn)器對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油總管標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行流量試驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，最大誤差0.5%，符合設(shè)計(jì)要求。之后陸續(xù)對(duì)四臺(tái)某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油總管進(jìn)行流量測(cè)量，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性良好，符合修理技術(shù)條件要求，且操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，受到了使用單位領(lǐng)導(dǎo)及操作者的好評(píng)。

表1 試驗(yàn)器調(diào)試、鑒定表