發動機可調尾噴口調節原理分析

馮寶+魯曉紅

【摘 要】 該發動機可調尾噴口類型為軸對稱收斂--擴張、帶外調節片的超音速全狀態可調型尾噴口，其調節器為液壓機械式，其調節規律主要應用于渦扇型發動機的節流、最大和加力狀態調節尾噴口的噴口臨界截面積，并根據發動機進口空氣總溫、油門桿位置及渦輪落壓比動態給定噴口臨界截面積，從而保障發動機的設計推力及最小穩定欲度。

【關鍵詞】 尾噴口 落壓比 噴口臨界截面積

1 引言

發動機的可調尾噴口可根據發動機的具體工作狀態及自動調節器的離散指令調節尾噴口的噴口臨界截面積，從而保障發動機的推力損失達到最小的狀態。據估計，當速度Ma<3時，收斂性尾噴口的推力損失為10%，當Ma=3時，推力損失達到50%，為此，當速度Ma>3時，為了保證加力燃燒室燃氣能夠充分膨脹，以減小推力損失，不論有無加力燃燒室，發動機都應采用收斂擴散型的可調節超音速尾噴口。本文主要討論收斂--擴散型尾噴口根據發動機高壓轉子N2轉子轉速、油門桿指令以及自動調節器給定離散指令的調節規律，以便于相關技術人員了解某型發動機收斂--擴散型尾噴口調節原理，進行理論分析，對外場的排故工作也有著重要的指導意義。

2 收斂--擴散型尾噴口噴口臨界截面積調節系統概述

噴口臨界截面積調節系統的作用在于根據油門桿指令α和發動機進口溫度T1以及發動機的自動調節器的離散指令，來調節噴口臨界截面的面積。

3 發動機收斂--擴散尾噴口的組成

（1）尾噴口構造及組成：某型發動機尾噴口的收斂段固定且不可調節，擴散段靠多塊調節片調節，噴口的喉部和出口面積隨燃氣膨脹比的變化放大或縮小，全狀態可調，這樣可以使燃氣在加力燃燒室內完全膨脹，從而保證發動機加力燃燒室的穩定燃燒。噴口結構主要由亞音速噴管、超音速部件、噴口出口截面調節機構及帶彈簧片的外調節片等組成；調節片的協調傳動機構由液壓作動筒及相關連桿機構組成；超音速調節片協調機構由搖臂及相關連桿和外部密封調節片組成。其功用是根據外界條件和工作狀態的變化，使噴口處于最佳工作狀態，帶彈性片的外調節片可以保證機身和噴管平滑的過渡，降低阻力。

（2）噴口臨界截面積調節系統的組成：噴口臨界截面積調節系統主要由柱塞泵、柱塞泵控制附件、液壓延遲器、溫度信號轉換器、噴口調節器程序機構、落壓比調節器、落壓比調節器重調活門、節流狀態噴口控制活門、噴口重調機構、著陸關小噴口電磁活門等。

其中，柱塞泵及柱塞泵控制附件作用是根據噴口作動筒低壓腔壓力的大小，調節柱塞泵后的出口壓力，是噴口動作的驅動力；液壓延遲器用來在加力狀態，將油門桿的位置變化為噴口加力調節器及加力燃油調節器的控制指令；溫度信號轉換器用于將發動機進口溫度T1的線性油壓轉變成噴口臨界截面積修正的位移量和加力供油比的修正；噴口調節器程序機構用于根據給定的發動機進口溫度T1和油門桿角度控制噴口臨界截面積；落壓比調節器用于在發動機處于最大和加力狀態保持給定的落壓比πt不變；落壓比調節器重調活門是在發動機進入加力狀態點火時，根據自動調節器的指令，使噴口臨界截面積進一步預放；節流狀態噴口控制活門作用是根據高壓轉子換算轉速，關小或打開噴口臨界截面；噴口臨界截面積重調機構的作用是，當發動機預放和消除喘振系統投入工作時，根據油壓指令進一步打開噴口，消除喘振；著陸關小電磁活門，根據離散指令，為保持一定的推力，防止著陸迎角過大，造成噴口觸地，進行關小噴口動作。

4 收斂--擴散型尾噴口噴口臨界截面積調節系統調節計劃及規律

噴口臨界截面積控制調節系統主要由兩個控制調節器組成，即噴口臨界截面積調節器（為程序式的開環控制系統）和落壓比調節器（為閉環控制系統），由此，發動機噴口分為由下幾個階段調節：

當推油門桿加速時：

（1）發動機起動直至高壓轉子換算轉速小于（803）%時，發動機的實際落壓比小于落壓比調節器給定設置的落壓比時，節流狀態噴口控制活門中的分油活門處于右極限，關閉定壓油通往落壓比調節器關閉機構的油路，此時，發動機噴口為大噴口，目的是便于發動機起動成功和保證加速性。

（2）當發動機高壓轉子轉速大于（803）%且油門桿角度小于62+3度時，發動機高壓轉子轉速不增大，節流狀態噴口控制活門中的分油柱塞和不斷線性增大，當達到（803）%時，分油柱塞左移，最終使分油活門下移，從而關小噴口。

（3）當油門桿推至超過62+3度至最大狀態，一方面發動機噴口繼續保持在最小噴口狀態，以保證發動機的推力；另一方面油門桿角度達到62度時，液壓延遲器參與工作，節流狀態噴口控制活門退出工作，噴口改為噴口加力調節器根據油門桿指令控制。當繼續推油門直至最大狀態時，落壓比調節器開始投入工作，保持發動機給定的落壓比不變。

（4）當發動機由最大狀態接通加力時，此時為了滿足發動機加力燃燒室的點火成功，自動調節器向最小加力電磁活門發出離散指令，噴口加力調節器按最小加力狀態調節噴口臨界截面積。同時，定壓活門來油至落壓比調節器膜盒腔，使其上腔壓力減小，落壓比小于給定落壓比，噴口進行預放動作，保證加力點火的成功。繼續推油門桿至全加力時，噴口臨界截面積根據油門桿指令和發動機進口溫度T1的指令的不斷增大，落壓比調節器調節噴口臨界截面積保證落壓比始終不變。

當收油門桿時：

噴口臨界截面積調節計劃不變，基本為相反過程，這里不在贅述，需要說明的是，為了避免發動機噴口在收放轉速附近反復協動，將放噴口轉速設定為n2np≥74%，以避開加速時收噴口轉速。

著陸時噴口臨界截面積的調節：

著陸時，為了保證大迎角所需的推力及防止噴口觸地，當同時滿足：起落架放下，速度大于220km/h，高壓轉子轉速n2≤91.5時，起落架8G開關接通，中央大氣數據計算機1FXA/27給出正電，自動啟動裝置K23接通，自動調節器216KXA/15斷電，自動啟動裝置K5保持常閉，輸出正電至著陸關小電磁活門，并使活門打開，定壓活門來油通往落壓比調節器關斷活塞的右邊，發動機關小噴口。當速度小于220km/h時，電氣指令撤銷，落壓比調節器調節噴口為大噴口。

5 結語

本文介紹了可調尾噴口的調節原理及調節計劃，對外場及廠內試車工程技術人員有重要的指導意義，也可以應用于外場排故。由于知識水平有限，難免有疏漏，還請批評指正。

參考文獻：

[1]《航空發動機原理》.西北工業大學，2005.

[2]《航空發動機結構分析》.西北工業大學，2006.endprint