飛機滑油溫度自動調節技術研究

楊 柳，謝致清，王 君，王林紅

1.中航飛機研發中心，陜西漢中，723000

2.中航飛機股份有限公司漢中分公司，陜西漢中，723000

0 引言

飛機活塞發動機是飛機通用、常用發動機，滑油對發動機主要起著潤滑作用，滑油溫度對飛機發動機的運轉具有十分重要的作用。在發動機運轉中，飛機滑油溫度隨著發動機燃料燃燒釋放而升高，飛機滑油溫度中，有30%的熱量轉為驅動螺旋槳產生的拉力，45%的熱量則分散到大氣中，還有25%的熱量被冷卻劑帶到大氣中。由于大多數的輕型水平對置發動機和星形發動機經常通過迎面流過發動機的大氣作為冷卻的介質，沒有產生內部冷卻，因此，發動機滑油溫度的自動調節無法完全實現。本文就基于滑油溫度產生的根源所在，即對發動機外部冷卻介質流量使汽缸溫度保持在規定范圍內的技術，即自動調節技術。飛機滑油冷卻不充分和過度冷卻，溫度控制不達標，都會對飛機發動機造成不良影響，甚至危及飛行安全。

1 飛機滑油溫度調節控制的傳統方法

傳統的飛機發動機散熱系統主要由散熱片、導風板、散熱風門等組成，就要分為固定式風門和可調節式風門，可調節式的散熱風門發動機性能優于固定式散熱風門發動機?？烧{節式的散熱風門是通過飛行人員人工進行調節來保持發動機及其滑油溫度在規定的范圍內。發動機不同的工作狀態對其功率具有直接影響作用，對汽缸傳導的熱量也不同，影響滑油的溫度也不一樣，需要流過的冷卻空氣量也不同，風門打開度也不同。

飛機在飛行過程中，其散熱的風門打開度往往需要反復多次的調節，人工操作量增加，現在的散熱風門調節基本上都是機械鋼索機構構成，飛行人員在操作中要時刻關注發動機溫度的變化，增加了飛行人員的工作負擔。因此，本文提出自動散熱調節風門系統的設計思路。

2 自動散熱調節風門系統

自動散熱調節風門系統是在傳統散熱風門設計的基礎上設計出自動控制器，代替飛行人員人工操作對氣缸溫度的閉環控制，達到自動散熱調節的目標。

2.1 傳感器選配

在飛機發動機中，氣缸溫度傳感器主要有兩種：電嘴墊片式和插入式。兩者都是安裝在試車臺實驗所來對發動機氣缸溫度最高的位置進行確認，本設計的方案所選用的傳感器主要為電壓式溫度傳感，以零電壓輸出的溫度標準為目標溫度。

2.2 電液伺服活門設置

電液伺服活門對電氣信號轉換起作用，主要轉換為液壓信號作用，由力矩馬達和液壓放大器組成，力矩馬達采用磁式的力矩馬達，輸入電流信號，形成差動的直流電流，主要由前級的推挽放大器輸出，設定伺服定壓油壓力和回油壓力。如果目標溫度與實際溫度差值大于0 時，兩個輸出端口一個回油，一個進油；當目標溫度與實際溫度差值小于0 時，與之相反。

2.3 散熱風門設計

散熱風門的制動與推挽放大器的輸出聯系緊密，散熱風門設置如圖1 所示，假設推挽放大器有A 和B 兩個輸出端口，如圖2 所示：

圖1 自動散熱風門控制圖

根據此圖所示，可以分為兩種情況：第一，當A 端口進油時，B 端口回油，兩岸帶動的風門向打開方向移動。第二，當A 端口回油時，則B 端口進油，兩岸帶動風門向關閉方向移動。此時，如果伺服定壓油供給或電液伺服機構發生故障，發動機的活塞和連桿就會在壓縮彈簧的作用下促使散熱風門完全打開，給發動機和滑油提供最大的冷卻空氣量，達到滑油溫度調節的自動化效果。

2.4 CHT 表設計及調節

傳統的CHT 表是毫安表，對順值的刻度進行表示，在本設計中，CHT 表是一個伏特表，即毫伏表。其表盤顯示零刻度和正負刻度。目標溫度和實際溫度沒有差異值，CHT 表顯示為零刻度。實際溫度高于目標溫度時，顯示正刻度；反之顯示負刻度，滑油溫度調節由散熱風門的自動化實現。CHT 表設有規定范圍，倘若超過規定范圍，就需要飛行人員改變飛機的伏態，不能長期保持這種差異狀態。

2.5 發動機滑油介質

滑油在飛機發動機中不僅可以起到潤滑作用，還可以變發動機矩螺旋槳的變矩介質，螺旋槳的負載力矩遠遠大于散熱風門的負載力矩，因此，增壓滑油對于本設計的自動散熱風門是可行的，有效保障了伺服油壓的恒定，進而減小風門線性的控制誤差，盡可能的提高控制的準確性。

3 結論

傳統的飛機滑油溫度控制和調節需要飛行人員的人工控制來實現，不僅增加了飛行人員的工作壓力和負擔，還極大影響了飛行效率。針對飛機使用的活塞發動機散熱系統的缺點，本文提出了一種新的溫度控制設計思路，主要從目標溫度和實際溫度的設置上形成差異值，通過這種偏差由自動控制器來實現對氣缸的自動冷卻調節，保持滑油溫度既不過度冷卻，又不過高。同時，根據新的散熱系統盡可能依據現有的機械設備，相關儀器和其他的系統等，達到良好的實施效果。

[1]馬乾綽.民航發動機控制基礎[M].北京：中國民航出版社，1999：100-103.

[2]David A.Lombardo，張鵬，孫淑光，杜鳴譯.小型飛機的結構和使用[M].北京：國防工業出版社，2009：74-78.

[3]潘松，魏民祥，趙國柱.航空用活塞式發動機節氣門自適應脈動PID控制器研究[J].機械科學與技術，2008(10)：1257-1260.

[4]梁丹亞.冷卻水水溫對船舶柴油機油耗的影響[J].武漢造船，1995(2)：23-26.

[5]李衛東，趙廷渝.航空活塞動力裝置[M].成都：西南交通大學出版社，2004：76-77.

[6]楊逢瑜.電液伺服與電液比例控制技術[M].北京：清華大學出版社，2009：18-19.