某發動機燃油調節器高空供油特性調整研究

2014-10-11 02:30:38顧雪波

教練機 2014年2期

顧雪波

（駐一一三廠軍事代表室，陜西西安710077）

0 引言

根據飛機的飛行技術要求和發動機的結構，在不同的飛行條件和飛行高度下，某型渦扇發動機選用了發動機高壓轉子轉速作為控制參數，它是通過燃油自動調節系統的燃油流量調節器和轉速調節器來保證的。燃油流量調節器保證發動機油門桿置與燃油供油量相互對應，根據工作狀態保證必要的燃油流量，并根據發動機進氣的總壓修正流量；轉速調節器保證發動機油門桿置與高壓轉子轉速相互對應，在飛行條件變化時，發動機的每一個工作狀態都不允許高壓轉子的轉速超過規定值。

該發動機在外場出現高空轉速低于規定值的問題，為了分析該問題產生的機理，摸清燃油調節器的流量調整釘對高空供油特性的影響，本文對該型燃油調節器的三個主要流量調整釘的調節過程與高空供油特性進行了研究，根據研究結果提出調整方法，為外場使用中的調整提供理論和技術依據，延長燃油調節器在翼時間，提高發動機戰備完好率。三個主要流量調整釘為：高空供油特性調整釘（以下簡稱24號調整釘）、節流特性流量調整釘（以下簡稱28號調整釘）和49號最大燃油流量調整釘（以下簡稱49號調整釘）。

1 調整釘工作原理

該燃油調節器在結構設計上通過3條油路（如圖1所示）共同向發動機燃油總管供油，分別是流經主計量油針、最小流量活門和自動起動油針的燃油，其中，流經最小流量活門和自動起動油針的燃油流量，在發動機進入慢車后，保持恒定值，不隨外界條件變化；流經主計量油針的燃油流量受油門桿角度和油針前后壓差控制，而油針前后壓差受高空修正器控制。燃油調節器工作原理如圖2所示。

當油門桿置于最大角度時，主計量油針左移止靠在49號調整釘上，燃油調節器的供油量達到最大，當調整49號調整釘時，可以改變燃油調節器的最大供油量。

當油門桿位置不變時，主計量油針前后的壓差通過28號調整釘調定位置決定。28號調整釘前壓力與主計量油針前壓力相等，且壓差薄膜上下腔燃油壓力分別為28號調整釘后壓力和主計量油針后壓力，由于壓差薄膜下腔彈簧剛度非常小，壓差薄膜上下腔燃油壓力近似相等，因此28號調整釘前后壓差等于主計量油針前后壓差，當調整28號調整釘時，可以通過改變主油針前后壓差的方法，來最終改變燃油調節器各給定油門角度的供油量。

高空修正器是帶氣壓修正功能的壓差保持器，功能是在穩態時保持主計量油針前壓差恒定，并根據發動機進氣總壓對油針前后壓差進行修正。24號調整釘為高空流量特性調整釘，主要通過針閥結構的放油來改變反饋薄膜下腔的壓力。當24號調整釘進時，節流針關小節流面積，高空薄膜右腔的油壓力增大，導致反饋薄膜下腔壓力增大，流量擺活門開度增大，進入調節器的燃油減少，反之當24號調整釘退時，進入調節器的燃油增加。當飛行高度變化時，反饋薄膜下腔P3壓力變化，帶有節流噴嘴的高空薄膜會自動調節，改變節流嘴放油開度，進而控制P3壓力，以達到改變流量擺活門開度的目的，并最終改變燃油調節器的供油量。

圖1 燃油調節器供油油路

2 調整釘調節規律研究

考慮到28號、49號調整釘對發動機地面狀態影響較大，而24號調整釘主要調節高空流量特性，因此，以下僅對24號調整釘供油規律進行計算及仿真分析。

2.1 24號調整釘位置計算分析

圖2 調整釘工作原理圖

根據燃油調節器設計原理，搭建高空修正器組件元件模型（見圖3），通過元件模型對24號調整釘的工作位置與大氣壓力的關系進行計算分析得：

圖3 高空修正器的壓差活門計算

24號調整釘油嘴的壓差計算關系見圖4。

圖4 分油路的油嘴上壓差關系

油嘴F2保證流量Q所必需的計量型面

經過24號調整釘油路的流量與燃油調節器供油量的關系為：

計算得24號調整釘的直徑

根據上述計算分析，24號調整釘錐型工作型面位置與大氣壓力關系參數如表1，具體工作示意見圖5。

表1 24號調整釘錐型工作型面與大氣壓力關系參數表

2.2 24號調整釘影響高空流量仿真分析

根據燃油調節器工作原理可知，24號調整釘在高空飛行過程中主要以修補調節P3壓力來保證燃油調節器的供油量，運用AMESim軟件搭建Q=f（P3）的仿真模型，如圖6所示。

圖5 高空飛行時24號調整釘工作型面位置

圖6 仿真模型

從燃油調節器工作原理及24號調整釘計算可知，高空飛行過程中，24號調整釘的節流針型面為工作型面，用于控制附件出口燃油流量，為研究該型面參數尺寸對高空供油特性曲線的影響，現將24號調整釘組件節流針型面尺寸按產品圖樣理論參數和模擬參數（型面尺寸相對理論值偏小）代入仿真模型，得到仿真曲線（圖7）。

圖7 流量仿真曲線

從圖7可以看出，模擬件的Q=f（P3）曲線在中間位置出現了明顯下凹現象，下凹位置對應的飛行高度約為3000m～6000m，說明裝配該模擬參數的24號調整釘的附件在飛行高度為3000m～6000m時，燃油調節器出口流量較正常情況下偏小。

從上述仿真及計算可以得出，當24號調整釘型面參數發生變化時，附件高空流量特性曲線線性也相應發生變化，因此24號調整釘是影響附件高空流量的線性主要因素之一。另外，通過仿真可知，24號調整釘影響高空流量的型面位置為第1段和第2段，在地面狀態時，24號調整釘工作型面位于第2段，隨著高度的升高，24號調整釘工作型面逐漸移動到第1段。