某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不達(dá)標(biāo)問題研究

李甜甜 闞玉平/中航飛機(jī)股份有限公司

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟，其服役狀態(tài)的監(jiān)測和檢測對于整機(jī)服役狀態(tài)的監(jiān)測和檢測意義重大。發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)之一，是反映發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸承及發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的附件運(yùn)轉(zhuǎn)健康狀況的重要指標(biāo)。通過發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間可以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道和軸承有無卡滯或異常。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)找出原因，以幫助飛行人員及維修人員更好地了解發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)并進(jìn)行維修。

工程實(shí)踐中，參照原型機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間規(guī)定為60s，然而，該發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際試車過程中的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間明顯低于設(shè)計(jì)指標(biāo)，檢查多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、滑油壓力、滑油溫度、排氣溫度等工作參數(shù)均無異常。針對這一問題，本文對該型發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，通過試驗(yàn)研究探索實(shí)際試車慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不達(dá)標(biāo)的原因，提出該問題的解決方案，為我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)服役監(jiān)測和維修提供參考。

1 測量方法

在測量該型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間時(shí)，關(guān)閉交流發(fā)電機(jī)及飛機(jī)燃油增壓泵，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)指示告警顯示器上的高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速數(shù)字指示和指針。該數(shù)值到達(dá)9%時(shí)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開始平穩(wěn)減小，此時(shí)開始計(jì)時(shí)，到交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)停止計(jì)時(shí)，所測得的時(shí)間即為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)間。

現(xiàn)階段該型機(jī)參照原型機(jī)及實(shí)際工作參數(shù)，規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為60s。圖1 為該型機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)分別在試車臺(tái)不配裝液壓泵、試車臺(tái)配裝原型機(jī)液壓泵、飛機(jī)配裝國產(chǎn)液壓泵情況下測得的發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從圖1 中可以看出，三種情況下發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間差異較大，配裝國產(chǎn)液壓泵時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最短，試車臺(tái)不配裝液壓泵時(shí)的時(shí)間最長。

2 關(guān)鍵因素分析

2.1 常規(guī)因素

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間通常與環(huán)境溫度、試車時(shí)間、空氣密度（場高）、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等有關(guān)。環(huán)境溫度和試車時(shí)間通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油黏度影響慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，通常情況下，環(huán)境溫度越高、試車時(shí)間越長，則發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油黏度越低，潤滑性能較好，有助于延長慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間；場高較高時(shí)，空氣稀薄，發(fā)動(dòng)機(jī)停車運(yùn)轉(zhuǎn)阻力小，則慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間延長；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)足夠時(shí)間后，附件磨合情況較好，阻力較小，也會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間延長。

2.2 其他關(guān)鍵因素

為了探究影響慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的其他關(guān)鍵因素，對該型機(jī)與另一型飛機(jī)（以下簡稱Ⅱ型機(jī)）的發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行測量，并對兩機(jī)型測量結(jié)果進(jìn)行對比分析。其中，該型機(jī)與Ⅱ型機(jī)安裝同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間測量方法一致，但配裝液壓泵、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝方式及進(jìn)氣道的長度不同。

圖1 某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)

測量結(jié)果如表1 所示，就液壓泵、飛機(jī)進(jìn)氣道、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝方式對慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的影響進(jìn)行分析：該型機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)配裝國產(chǎn)液壓泵，采用懸臂梁方式安裝于其機(jī)身側(cè)壁上；發(fā)動(dòng)機(jī)推力通過主推力銷傳給主推力銷過渡件，再傳給主拉桿和前梁拉桿，最后由其將發(fā)動(dòng)機(jī)推力傳給飛機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)在停轉(zhuǎn)過程中，其力的傳遞經(jīng)過幾個(gè)拉桿建立一個(gè)非絕對剛性的環(huán)境，致使其能量衰減較快，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間減小；液壓泵作為發(fā)動(dòng)機(jī)停車過程中的主要負(fù)載，對發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間有直接影響，停車時(shí)液壓泵負(fù)載越大，發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越短；飛機(jī)進(jìn)氣道設(shè)計(jì)決定著進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流量，在發(fā)動(dòng)機(jī)停車過程中，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量、速度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

綜上可以看出，對比臺(tái)架上發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間可知，液壓泵的有無對發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的測量影響較大。對比Ⅱ型機(jī)與該型機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間可知，進(jìn)氣道的長度、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝方式及液壓泵類型的不同也會(huì)對慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的測量造成影響。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為得出液壓泵、飛機(jī)進(jìn)氣道、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝方式對發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的影響規(guī)律，進(jìn)行下列兩個(gè)試驗(yàn)研究。

3.1 飛機(jī)試車驗(yàn)證試驗(yàn)

基于工程實(shí)際，選擇一架發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不達(dá)標(biāo)的該型機(jī)，將配裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的液壓泵拆下，并用工藝堵蓋的方法對發(fā)動(dòng)機(jī)上的接口進(jìn)行封堵。利用前述測量方法，測量地面開車時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，將該時(shí)間與飛機(jī)出廠時(shí)在臺(tái)架上未安裝液壓泵測得的時(shí)間進(jìn)行對比。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的目的在于驗(yàn)證液壓泵加載流量的大小對發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的影響。對該型機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)分別配裝Ⅰ型、Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵、原型機(jī)液壓泵，測量不同液壓泵加載流量下的發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，同時(shí)測量該發(fā)動(dòng)機(jī)不配裝液壓泵時(shí)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 飛機(jī)試車驗(yàn)證

飛機(jī)試車驗(yàn)證試驗(yàn)中，測得的發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間均值為120s，與飛機(jī)出廠時(shí)未安裝液壓泵在臺(tái)架測得的時(shí)間相同。此試驗(yàn)證明飛機(jī)進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)安裝方式對慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間無影響，液壓泵對慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的影響較 大。

4.2 無液壓泵及配裝原型機(jī)液壓泵驗(yàn)證

試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3。由表中可知，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中，不配裝液壓泵時(shí)多次測得的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間均為136s。配裝原型機(jī)液壓泵時(shí)，當(dāng)液壓泵加載流量最大時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最長；隨著液壓泵加載流量的減小，發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間隨之減小。同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，液壓泵加載流量為20 ～38L/min 時(shí)，慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間變化平緩。當(dāng)液壓泵加載流量為10L/min 時(shí)，慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間顯著降低，即當(dāng)液壓泵加載流量在較小范圍時(shí)對發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的影響較大。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)不配裝液壓泵

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)配裝原型機(jī)液壓泵

表4 發(fā)動(dòng)機(jī)配裝Ⅰ型國產(chǎn)液壓泵

4.3 配裝國產(chǎn)液壓泵驗(yàn)證

試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。由表中可知，配裝Ⅰ型、Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間均高于配裝原型機(jī)液壓泵時(shí)測得的時(shí)間。兩型液壓泵因額定出口壓力、全流量最大壓力、額定流量、進(jìn)口壓力、殼體回油壓力等均不同，在相同的液壓泵加載流量下發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間也不同。同時(shí)，因Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵設(shè)計(jì)有卸荷功能，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵組件的提取功率，因此在Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵下，當(dāng)液壓泵加載流量大于3L/min左右時(shí)，慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間受液壓泵加載流量的影響相對于Ⅰ型國產(chǎn)液壓泵稍低。但是，其與液壓泵加載流量的關(guān)系呈現(xiàn)出與配裝原型機(jī)液壓泵時(shí)同樣的趨勢，即隨著液壓泵加載流量的減小發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間縮短，當(dāng)液壓泵加載流量減小至0 附近時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最短。慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間在液壓泵加載流量較小時(shí)變化明顯。

4.4 總體結(jié)果分析

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，液壓泵加載流量為0 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最短。某型飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí)液壓泵加載流量即為0，液壓泵對發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的負(fù)載最大，因此導(dǎo)致現(xiàn)狀態(tài)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不滿足規(guī)定指標(biāo)要求。

表5 發(fā)動(dòng)機(jī)配裝Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵

Ⅰ型液壓泵加載流量為0 時(shí)，慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為56s，Ⅱ型液壓泵加載流量為0 時(shí)，慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為40s，原型機(jī)液壓泵加載流量為3L/min 時(shí)，慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為42s（原型機(jī)液壓泵未設(shè)計(jì)回油旁路，不能調(diào)整為0 流量）。該型機(jī)配裝Ⅰ型液壓泵，結(jié)合實(shí)際多架外場飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，建議將該型機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間指標(biāo)由60s 改為50s。

5 結(jié)束語

針對某型機(jī)試車時(shí)多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間低于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求問題，分析了影響發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的關(guān)鍵因素，設(shè)計(jì)飛機(jī)試車及發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，得出影響慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的主要因素，為監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和維修提供參考，有助于進(jìn)一步保障飛機(jī)服役安全。