DA42NG飛機螺旋槳變距工作原理介紹及故障分析

關世超

摘? 要：自飛機問世以來，螺旋槳就是飛機上不可缺少的動力裝置，雖然動力并非螺旋槳產生，而是由發動機消耗化石燃料使活塞做往復運動推動曲軸后帶動螺旋槳旋轉，但目前通用航空而言，螺旋槳的作用無可替代。作為飛機上動力裝置的核心部件之一，深入理解并分析螺旋槳工作原理和故障現象，有利于保障航空器正常運行和機務人員以及駕駛員正常開展維護和飛行訓練任務，應對突發狀況時更加合理處理特情的作用也十分明顯。該文通過對螺旋槳和相關部件的電路與油路系統分析，結合日常故障表現和定檢維護中發現的問題對螺旋槳進行深入的分析，同時為相關工作人員提供一定參考。

關鍵詞：螺旋槳? 調速器? 順槳? 回槳

中圖分類號：V267? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）05（a）-0068-03

Abstract： Since the advent of the aircraft， the propeller is an indispensable power device on the aircraft. Although the fundamental power is not generated by the propeller， but by the engine consuming fossil fuel to make the piston do reciprocating motion to drive the crankshaft and then drive the propeller to rotate， there is no place for the general aviation aircraft without propeller， and its role is irreplaceable. As one of the core components of the aircraft power plant， in-depth understanding and analysis of the working principle and fault phenomenon of the propeller is conducive to ensuring the normal operation of the aircraft and the normal maintenance and flight training tasks of the maintenance personnel and pilots. It is also very important to deal with the emergency situation more reasonably. In this paper， through the analysis of the circuit and oil system of the propeller and related components， combined with the daily fault performance and the problems found in the regular inspection and maintenance， the propeller is deeply analyzed， and some reference is provided for the relevant staff.

Key Words： Propeller; Governor; Feathering; Recovery

螺旋槳作為飛機動力系統的重要組成部分，參與飛機大多數工作過程。其產生的牽引力是飛機運動的關鍵之一，包括飛機滑行、起飛、巡航和落地全程。現代大量通用航空器都配備一個或數個螺旋槳，其槳葉有2片、3片和4片不等。隨著航空器的發展，螺旋槳也從不可變距（定距）發展到可變距，解決了定距螺旋槳只能在選定的速度范圍內效率較高，在其他狀態下效率較低的矛盾。該文DA42NG飛機螺旋槳就是可變距螺旋槳，其變距依靠螺旋槳自身配重、彈簧、活塞、槳缸、調速器、回槳儲壓氣共同作用，進行變距，以解決定距螺旋槳高、低速性能的矛盾，同時穩定發動機轉速。該文從DA42NG飛機螺旋槳組成與功能分析觸發，結合飛行訓練和定檢維護發現的問題，分析其工作原理并實踐相應故障排除方法。

1? DA42NG飛機螺旋槳變距系統組成及工作原理

1.1 螺旋槳電路系統及工作原理

螺旋槳槳葉在高速旋轉時，同時產生兩個力：一個是牽拉槳葉向前的空氣動力，另一個是由槳葉扭角向后推動空氣產生的反作用力[1]。由于前槳面與后槳面的曲率不一樣，在槳葉旋轉時，氣流對曲率大的前槳面壓力小，而對曲線近與平直的后槳面壓力大，因此形成了前后槳面的壓力差，這個壓力差產生一個向前拉槳葉的空氣動力。另一個牽拉飛機的力，是由槳葉扭角向后推空氣時產生的反作用力而得來的[2]。槳葉與發動機軸呈直角安裝，并有扭角。在槳葉旋轉時靠槳葉扭角把前方的空氣吸入，并給吸入的空氣加一個向后推的力，這個推力的反作用力也是牽拉飛機向前的動力之一。這兩個的合力就是牽引飛機向前的總空氣動力。為了在不同轉速下螺旋槳都保持較高效率，因此螺旋槳需要變距。

當LH ECU BUS（左ECU匯流條）上電后，電流經過ECU A斷路器和24360A20線進入ENGINE MASTER LH（左發動機開關），當開關在OFF位時，FEATHER RELAY LH（左順槳電磁閥繼電器）線圈通電，繼電器吸合。雖然繼電器吸合[3]，但ECU A和ECU B沒有為順槳電磁閥供電，順槳電磁閥沒有打開。ECU A與ECU B不會同時給順槳電容通電，在EECU的控制下，ECU A和ECU B其中只有一個在工作，另一個處于熱備份狀態（熱備份狀態即監控傳感器來的各種信號，但不控制相關作動器作動，當正在工作的ECU因故障停止工作時，處于熱備份的ECU可以立即參與工作，不至于空中停車），EECU監控兩個ECU工作時長，使兩個ECU的工作時間趨于相同。此時螺旋槳電磁因上次通電和啟動鎖閉鎖緣故，沒有完成順槳，但此時槳葉角略大于回槳槳葉角。圖1到圖5分別是發動機主開關、順槳繼電器、順槳電容、順槳電磁閥和回槳電磁閥。

當左發動機開關在ON位時，螺旋槳的回槳電磁閥打開，順槳電磁閥關閉，ECU給47 000UF/40 V電容充電，此時螺旋槳可以回槳。當發動機開關再次搬動至OFF位時，ECU斷電，但電容放電使順槳電磁閥打開[4]。右發動機與左發動機電路圖相同。

1.2 螺旋槳變距油路系統及工作原理

以左螺旋槳為例，當飛機正常斷電，且左發動機開關正常關閉時，因螺旋槳槳缸彈簧的力量，螺旋槳趨于順槳狀態。但由于螺旋槳上啟動鎖未開啟，啟動鎖抑制螺旋槳順槳，強制使其保持在接近回槳的位置。當飛機正常通電，左發動機電門打開時，回槳電磁閥打開，回槳儲壓存儲的滑油壓力經回槳電磁閥傳遞到螺旋槳槳缸，其壓力抵消槳缸彈簧的彈力使螺旋槳從接近回槳轉動到回槳狀態，此時螺旋槳沒有轉動，螺旋槳配重無法配合槳缸彈簧工作。此時螺旋槳的狀態有利于發動機帶動螺旋槳啟動。啟動成功后，當螺旋槳轉速達到1 300 r/min，螺旋槳啟動鎖打開，螺旋槳配重在離心力作用下和槳缸彈簧共同作用使螺旋槳順槳，但順槳電磁閥關閉，回槳電磁閥打開，ECU控制由調速器將齒輪箱中滑油以一定壓力傳遞到螺旋槳槳缸，當滑油壓力和螺旋槳配重與槳缸彈簧形成的最終合力為0時[5]，螺旋槳槳葉角保持恒定。不同的螺旋槳轉速對應不同螺旋槳槳缸滑油壓力，螺旋槳槳缸活塞前后運動，因此槳葉角隨著活塞位置的改變而改變。特殊情況下，槳葉角會調整，如大風時，螺旋槳轉速因大風速度增加，此時配重在高轉速下離心力增大，使槳缸彈簧力量增大，螺旋槳槳葉角變大，使螺旋槳“重槳”，螺旋槳轉速降低。從而降低了由風速造成的螺旋槳轉速的增大，使螺旋槳轉速保持恒定。

當發動機慢車時，關閉發動機開關，回槳電磁閥關閉，順槳電磁閥打開，在螺旋槳槳缸彈簧的作用下，螺旋槳槳葉轉動至順槳位。此時再將發動機電門打開，順槳電磁閥關閉，回槳電磁閥打開，螺旋槳槳葉角在回槳儲壓器壓力作用變小，螺旋槳回槳。螺旋槳達到回槳狀態后，啟動鎖再次閉鎖，即使此時關閉發動機開關，螺旋槳槳葉在啟動鎖限制下依舊無法順槳，其表現為在回槳槳葉角往順槳方向稍稍變動后停止。

2? 螺旋槳變距系統故障及解決方案

在定檢維護過程中，出現當發動機開關扳至關閉位，發動機關車，螺旋槳無法順槳的故障情況時，機務人員首先考慮螺旋槳本身存在故障，導致無法順槳，拆下螺旋槳，人工打開啟動鎖后螺旋槳順暢順槳，排除螺旋槳本身故障;后判斷調速器故障，螺旋槳槳缸中的滑油無法回流至減速齒輪箱，更換調速器，故障依舊;重新分析電路圖，認為與順槳電磁閥并聯的電容存在故障可能，經檢查發現是電容故障。電容故障會導致在發動機運轉期間ECU無法為順槳電容充電，電容沒有電和積累。當發動機停車后，因順槳電磁閥沒有電能，順槳電磁閥無法打開，螺旋槳不能順槳。更換此電容后，恢復順槳功能[6]。

3? 結語

現代民用飛行器設計愈加復雜，集成性越來越高。螺旋槳變距系統也由人為控制逐步轉變為更加精確、響應更加迅速的電腦控制。為了滿足高強度維護工作的需要，對螺旋槳及其控制原理的深入理解十分必要。除了以上故障，日常維護還應注意系統內漏與外漏導致的故障現象，相比內漏，外漏更加容易發現，故障痕跡更加明顯，全面理解螺旋槳變距系統工作原理是保證飛行安全的基礎之一。因為時間和筆者能力有限，該文不再深入探討DA42NG飛機螺旋槳相關工作系統。

參考文獻

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[4] 段榮霞.Altimu Designer 20標準教程[M].北京：清華大學出版社，2020：132.

[5] 陳冠旭，趙立杰，李淑萍，等.通用航空領域復合材料制備工藝的研究[J].科技創新導報，2020，17（20）：8-10，256.

[6] 熊曉倩.嵌入式系統傳感器的設計與應用研究[J].科技創新導報，2020，17（20）：1-2，5.