某新型發動機“溫度傳感器”故障分析與排除

諶青軍 黃利 丁振國 陳華

摘要：某新型發動機定檢后試飛，報“左溫度傳感器”故障兩次。本文通過對溫度傳感器工作原理的闡釋，結合該型發動機溫度傳感器控制壓力異常，導致艾克蘭打印“左溫度傳感器”的故障進行分析和研究。

關鍵詞：溫度傳感器；控制壓力；異常

Keywords：temperature sensor；control pressure；abnormal

1 故障現象

某新型發動機定檢后試飛，在查看機載設備檢測和告警系統數據時發現，飛行過程中艾克蘭打印“左溫度傳感器”2次，持續時間分別為1s。

對飛機發動機進行排故，測量左側溫度傳感器油壓為10.8kgf/cm2，右側溫度傳感器油壓為11.6kgf/cm2，艾可蘭報警，故障重現。

2 工作原理

2.1 膜盒式溫度傳感器組成及工作原理

膜盒式溫度傳感器為填充式溫度傳感器（結構見圖1，原理見圖2），用于測量發動機進氣溫度，由薄膜、控制壓力活門、穩定回油活門、溫度補償元件、真空膜盒等構成。溫度敏感元件為一螺旋管，內部充有惰性氣體。當發動機進口溫度升高時，螺旋管內的氣體壓力增大，氣體壓力作用到薄膜上，使薄膜左移，關小控制壓力活門放油口，形成與進氣溫度成比的溫度控制油壓信號，輸送給主泵調節器和噴口—加力調節器。

膜盒式溫度傳感器的溫度控制油壓形成后分成兩路，一路通過分油活門、套筒、活塞組成的放大裝置，將油壓信號轉化為主泵調節器三維凸輪的轉動信號，以保證慢車狀態、節流狀態N2轉速控制規律的實現，調節a1、a2和節流狀態噴口的收放，修正發動機加速性能；另一路將油壓信號輸至噴口—加力調節器溫度信號轉換活門上腔的套筒內，控制三維凸輪上下移動，以調節液壓限動最小臨界截面積，并通過溫度齒輪的轉動修正加力供油量。

為了提高溫度信號的放大精度，傳動桿采取保持回油穩定和燃油溫度補償兩種措施。穩定回油活門和真空膜盒，用于保持回油壓力不變，當回油壓力增大時，真空膜盒壓縮，穩定回油活門開大，回油量增加，壓力降低，直至與真空膜盒給定的回油壓力相等為止。

2.2 膜盒式溫度傳感器切換裝置

溫度傳感器切換裝置有兩個功用：一是當主或備份膜盒式傳感器有故障時，發出“燃油泵附件熱傳感器故障（膜盒式溫度傳感器故障）”信號；二是當主溫度傳感器有故障時自動切換為備份溫度傳感器工作。

2.3 溫度放大器

溫度放大器對載有溫度信號的控制油壓信號進行放大，并轉換成溫度凸輪、三維凸輪的轉動，三維凸輪軸上扇形齒角度約為130°，報溫度凸輪最大轉角約為130°（三維凸輪與溫度凸輪安裝于同一傳感軸的兩端）。

3 機理分析

3.1 故障模式分析

根據液壓控制系統原理，膜盒式溫度傳感器及其執行裝置在使用過程中的故障表現主要有以下四類。

1）故障信號器及其線路類故障，一般是由于線路接觸不良、故障信號器內部故障引起，通常表現為飛參記錄斷續報故或停車通電狀態下不報故。故障信號器（MCT-10C）內部積炭或觸點燒蝕粘接、信號器插頭根部絕緣層與電纜金屬保護套發生短路等均會引起發動機試車過程中誤報或停車通電狀態下不報“燃油泵附件熱傳感器故障”。

2）僅有一個膜盒式溫度傳感器故障，輸出的溫度控制油壓高或低。可能的原因有：膜盒式溫度傳感器壓力控制活門噴嘴堵塞；膜盒式溫度傳感器膜片損傷；穩定回油壓力異常偏低；穩定回油管路堵塞；敏感元件惰性氣體外泄；穩定回油壓力異常偏高，以上原因均可導致某一個膜盒式溫度傳感器輸出溫度控制油壓高，從而切換活門移動，根據“油壓高選”原則，按故障的膜盒式溫度傳感器輸出的溫度控制油壓進行調節，伴隨報“燃油泵附件熱傳感器故障”。

3）兩個膜盒式溫度傳感器同時故障，一般表現在發動機氣流通道有外來物進入，導致兩個膜盒式溫度傳感器的敏感元件同時損傷，惰性氣體泄漏。此時，由于切換裝置中切換活門上下兩腔油壓差保持不變，切換裝置處于中立位置，故障信號器不報故，發動機進氣溫度相當于T01=-60℃，慢車轉速將由最小供油量控制器控制，N2維持在最小轉速，最大狀態N2轉速偏低（約為95%），此種故障模式下推收油門轉速是隨動的。若兩個膜盒式溫度傳感器均出現輸出溫度控制油壓高故障，或一高一低時，其故障表現與“輸出溫度控制油壓高”一致。

4）穩定回油壓力異常故障，一般表現在真空膜盒損壞，穩定回油活門工作異常。當穩定回油壓力偏高時，相當于發動機進氣溫度偏低（最低相當于T01=-60℃），此時慢車轉速將由最小供油量控制器控制，N2維持在最小轉速，最大狀態N2轉速偏低（約為95%），此種故障模式下推收油門，轉速是隨動的。若穩定回油壓力偏低時，相當于發動機進氣溫度偏高（最高相當于T01在137℃以上）。其故障模式與“輸出溫度控制油壓高”一致。

3.2 控制壓力異常原因分析

前述故障發生時，機載參數記錄器收到故障指令，在飛參上顯示“燃油泵附件熱傳感器故障”一次性指令，故障維護清單（MFL）記錄“5131AAAB4”代碼，飛行員故障清單（PFL）沒有顯示。

該故障本質是兩個膜盒式溫度傳感器輸出的溫度控制油壓不一致，當油壓大于0.5～0.6kgf/cm2時，主泵調節器上的故障信息器（MCT-10C）下腔通回油，故障信號器內部導通28V電輸出告警信號，信號傳輸線路為：直流中收配電盒2PZ（120K）→126K/3→111K/1→111K/2→116K/6→802KXA/15，具體故障信號傳輸線路如圖3所示。。其中，126K插頭對應技術說明書上大發接線盒X107插頭。

需要說明的是，主、備份膜盒式溫度傳感器不是在任何模式下都互為備份。膜盒式溫度傳感器故障后對應輸出的油壓發生變化，系統設計遵循“油壓高選”原則，即當一個傳感器出現故障，輸出油壓低，壓差超過規定值，發動機輸出故障信號，并切換至正常傳感器輸出的油壓進行調節；輸出油壓高，壓差超過規定值，發動機輸出故障信號，為了保持發動機推力，發動機采用故障傳感器輸出的高油壓進行調節，維持大轉速，此時推油門轉速不隨動。

對飛參數據進行統計分析。正常情況下，在N2轉速低于6%～10%時會報出“燃油泵附件熱傳感器故障”，在 N2轉速超過6%～10%時故障消失（此時系統定壓油已建立）。

因此，該發動機的故障模式為溫度傳感器故障，更換新件后，故障排除。

4 檢查維護措施及改進建議

1）出現“燃油泵附件熱傳感器故障”時，無論是持續還是斷續報故，一定要及時排查，不能把故障信號出現后又清消失的現象作為虛警而不處置。

2）未出現“燃油泵附件熱傳感器故障”，但飛參判讀發現發動機各狀態參數異常，尤其各狀態轉速有異常降低時，應及時查明故障原因，必要時可對膜盒式溫度傳感器進行測壓檢查。

3）對發動機進行日常檢查維護時，目視檢查膜盒式溫度傳感器殼體不應有打傷、變形、裂紋和松動，避免撞擊膜盒式溫度傳感器。

4）結合發動機100小時維護工作，通過大發接線盒X107插頭的3、6插針，測量故障信號器（MCT-10C）的電阻值應為0Ω。

參考文獻

[1]周宗才，鄭鐵軍.АЛ-31Ф發動機結構、特性、控制[M].西安：西北工業大學出版社，2008.

[2]謝壽生.蘇二七型АЛ-31Ф加力渦扇發動機[Z].空軍工程學院，1998.

作者簡介

諶青軍，技師，主要從事航空發動機外場技術服務保障工作。

丁振國，工程師，主要從事航空發動機故障分析及培訓教育工作。

陳華，工程師，主要從事航空發動機燃油附件修理技術工作。