某型發動機消喘系統原理及故障淺析

呂增亮

(中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司,遼寧沈陽 110043)

某型發動機消喘系統原理及故障淺析

呂增亮

(中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司,遼寧沈陽 110043)

發動機消喘系統作用是當發動機空中出現喘振時,通過控制發動機燃油通道和幾何通道,來消除發動機喘振,并將發動機恢復到原穩定狀態。如果消喘系統出現問題,發動機空中出現喘振時將不能自動退出喘振狀態,嚴重威脅飛行安全。本論文以排除某型發動機消喘系統異常故障為例介紹該型發動機消喘系統組成和工作原理,對該故障原因進行分析和確定。

消喘 恢復狀態 工作原理

1 引言

發動機發生喘振時，氣流會沿壓氣機軸向發生低頻率高振幅的氣流震蕩，這種震蕩會帶動壓氣機的葉片產生強烈的震動，使葉片在短時間內發生嚴重損壞或斷裂，導致發動機流道受損，嚴重導致報廢。所以消喘系統的完好性對發動機至關重要。

2 發動機消喘系統工作原理

2.1 消喘系統的功用

發動機出現喘振時能自動退出喘振狀態，所采取的措施如下：(1)短時間接通消喘系統的同時，轉動高壓壓氣機可調導向器葉片；(2)增大尾噴口臨界截面積；(3)接通遭遇起動，隨后恢復發動機原來的工作狀態。

2.2 消喘系統的組成

(1)綜合調節器。綜合調節器防喘保護通道的功用是，當發動機出現喘振和超溫時，通過控制發動機燃油通道和幾何通道，來消除發動機喘振和超溫，并將發動機恢復到原穩定狀態。(2)空氣壓力受感部。空氣壓力受感部接收高壓壓氣機后的空氣總壓(P02)和靜壓(P2)，并把空氣總壓和靜壓輸送到喘振信號器。安裝位置在高壓壓氣機九級整流葉片中間的通道內。(3)喘振信號器。喘振信號器為變壓器式，測量壓差工作范圍0．1～2．2kgf/cm2。測量壓差△PCK的數值和符號，并向防喘保護裝置傳輸電信號。安裝位置在外涵道前機匣上。(4)執行機構。通過接收喘振信號，完成一系列消喘動作。

2.3 消喘系統電氣附件工作過程

當發動機出現喘振征兆時，喘振信號器的輸出電壓發生變化，該輸出電壓被傳輸到發動機綜合調節器的防喘保護裝置。

喘振信號器的輸出電壓有兩個分量：正比于壓差平均值△PCK1的不變分量和正比于壓力脈動△PCK2的交變分量。在防喘保護裝置內，按照△PCK1和△PCK2來測量輸出電壓。

如果高壓壓氣機轉速n2＜85%情況下，氣流相對脈動值A=△PCK2/△PCK1≥(0．3±0．1)時；或是n2≥85%情況下，A=△PCK2/△PCK1≥(0．6±0．1)時，則防喘保護裝置發出接通發動機防喘保護系統并恢復原有工作狀態的“К1”指令。“К1”指令傳輸的聯鎖條件：高壓壓氣機轉速n2≥35%；高度H大于2000米；飛行馬赫數大于0．65。

在解除“К1”指令后，“К1”指令在發動機起動自動器內保持(8±1．6)秒。當n2＜85%時，若氣流相對脈動值A＜(0．3±0．1)或者n2≥85%時，A＜(0．6±0．1)時防喘保護裝置解除“К1”指令，并用起動自動器進行發動機起動并自動恢復到原有工作狀態。

2.4 消喘系統機械液壓部分工作過程

2.4.1 噴管臨界截面面積重調機構的工作

當發動機消除喘振系統工作時，油泵調節器輸出定壓油信號，該定壓油作用在噴管重調機構活塞下腔。活塞在油壓力作用下，克服彈簧力帶動傳動撥桿上移，由于傳動撥桿與差動機構齒輪軸不在一個平面內，使傳動撥桿繞齒輪軸轉動，通過差動機構帶動帶誤差凸輪的齒輪轉動，并使誤差凸輪也轉動，誤差凸輪杠桿再帶動分油活門襯筒上移，打開活塞上腔的回油路，使分油活門上移，開大噴管臨界截面面積，增大發動機壓氣機的穩定裕度。

2.4.2 高壓壓氣機導流葉片調節系統的工作

當消除喘振系統工作時，電磁活門通電，定壓活門來油輸入到高壓壓氣機導流葉片重調器重調機構活塞右腔，使活塞左移，通過杠桿機構帶動分油活門右移，作動筒活塞左腔來油，右腔回油，作動筒活塞右移，使導流葉片朝減小發動機空氣流量方向轉動，增大了發動機的穩定工作裕度。當電磁活門斷電時，電磁活門切斷定壓活門的來油，重調機構活塞在彈簧力作用下，恢復到原工作狀態。

3 故障定位及原因分析

某日某單位，發動機地面試車檢查消喘系統時，發動機轉速n2由85．7%下降到44．2%，渦輪后溫度下降180℃，經過約13秒鐘后發動機參數恢復正常。進行主泵調節器放氣，經多次檢查故障現象未消失。

分析故障原因有以下幾種可能性。

3.1 綜合調節器故障

綜合調節器收到地面檢查儀發出喘振信號后，向電磁活門發出周期性指令：接通1．5±0．2秒，斷開0．5±0．2秒。由于綜合調節器質量問題導致發出消喘指令持續時間出現問題，電磁活門接通時間過長，導致發動機切油過深。

3.2 主泵調節器故障

主泵調節器液壓繼電器從結構上保證當切油時間過長時切斷齒輪泵后高壓燃油通往主燃油分配器油路，避免發動機因切油時間過常停車。綜合調節器收到地面檢查儀發出喘振信號后，向電磁活門發出周期性工作指令。液壓繼電器時間調整層板節流器依據本身流量調節發動機切油時間長短。如果層板節流器堵塞或者液壓繼電器分油柱塞卡滯，運動不靈活將會導致發動機因切油時間過深而導致發動機停車。

3.3 燃油分配器故障

油泵調節器中的定壓活門的油液通往分配器活門右邊，放油斷流活門左移，切斷了分配器活門右邊回油路，因而有壓力升高，分配器活門左移切斷了通往主、副輸油圈的油路，燃燒室供油中斷。當發動機喘振信號消失時，發動機停車活門退出工作，切斷了油泵調節器定壓活門通往分配器活門右邊的油路，放油斷流活門在左邊彈簧力作用下右移，打開分配器活門右邊的回油路，分配器活門右邊壓力下降，在其左邊油壓作用下右移，打開了通往主副輸油圈的油路，恢復向燃燒室的供油。

外場先后更換綜合調節器、主泵調節器后，地面試車檢查故障現象再現，說明該故障不是由二者引起。后更換燃油分配器后地面試車檢查消喘系統正常，確定該故障是由燃油泵分配器故障引起的。

4 結語

航空發動機作為飛機的心臟，被譽為“工業之花”，它直接影響飛機的性能、可靠性及經濟性，是一個國家科技、工業和國防實力的重要表現。而發動機內部的每個分系統也都直接的影響發動機的性能，所以消喘系統也是保證發動機、飛機以及駕駛人員安全性的重要組成部分。本論文對航空發動機消喘系統進行了原理上的講解以及結合具體故障對涉及該系統的各個附件進行了分析，為以后遇到此類故障提供了排故思路，也為以后其他型號的發動機的研發和設計提供了經驗。

[1]王云.航空發動機原理.北京航空航天大學出版社.

[2]陳光.航空發動機結構設計分分析.北京航空航天大學出版社.