某航空發動機可調機構阻滯力檢測試驗技術研究

唐成亮+田金光+吳穎+韓迪

摘 要：針對某發動機減速過程中存在可調機構阻滯力過大，驅動力矩無法有效驅動聯動機構，可調機構停滯，造成發動機喘振故障，研制一種中速測試系統，實現溫度、壓力、轉速信號采集，滿足發動機普查與定檢試驗需求，同時系統采用集成化設計理念，提高試驗效率。

關鍵詞：發動機；可調機構阻滯力；溫度；壓力；轉速；分散度

中圖分類號：V231 文獻標識碼：A

針對某航空發動機喘振故障，為提高發動機的安全性，降低使用成本，提出對發動機進行可調機構阻滯力普查與監控，通過試驗進行有桿腔、無桿腔壓力參數評估，判定發動機的使用狀態。考慮現場的使用環境，檢測系統采用集成化設計思路，提高抗振、抗干擾性，連接位置選用航空電連接器，實現防錯快速插拔，提高試驗效率。能夠實現溫度、壓力、轉速等多種參數的采集與存儲、實時顯示及波形回放，系統在采集參數類型、采樣率、使用功能、抗干擾能力等方面均進行驗證，滿足設計的預期要求。

1 系統原理

系統以某數據采集器為核心搭建，采樣頻率可達100Hz，配隔離配電模塊、頻率轉換模塊及溫度、壓力受感元件等，通過采集軟件進行數據實時顯示、存儲，由回放軟件進行曲線回放及數據轉換，轉換的數據保存為excel表格形式，根據給定的評定標準進行數據分析與阻滯力的評估。

1.1 信號傳輸過程

采集信號四通道，其中兩組壓力信號、一組溫度信號及一組頻率信號，由于數據采集器只接收電壓信號，在信號傳輸過程中增加信號轉換器，實現信號變換與傳感器配電，壓力變送器接于發動機可調機構有桿腔、無桿腔測壓點，將物理信號轉變為電流信號傳輸至信號調理模塊，調理模塊實現對傳感器的供電及信號轉換， T型熱電偶直接接入數采，頻率電壓轉換模塊將發動機輸出的的轉速信號轉換為電壓信號，四組信號進入數采模塊，數采模塊通過以太網傳輸進入主控制器實現信號顯示與存儲。

1.2 系統供電

系統采用集成式設計方法，將數采、調理模塊、頻率電壓轉換模塊、24V直流電源、開關、指示燈置于可移動式控制箱內，箱內配置兩個航空電連接器，實現前端信號的接入及對后端主控制器的信號輸出，接通220V電源即可實現控制箱內所有組件供電，頻率電壓轉換模塊與信號調理模塊由24V電源進行供電。

2 發動機試驗

2.1 發動機試車過程

按圖1試車程序進行檢查，要求各狀態時間符合要求，第1、4次減速過程檢查發動機熱態工作能力，第2、3次減速過程檢查發動機冷態工作能力，通過比較四次壓差值特征曲線，判定發動機冷熱狀態下可調機構阻滯力大小及分散度。

2.2 判定方法

針對發動機減速過程中驅動機構作動筒壓差及可調機構跟隨性進行檢查，統計減速過程可調機構壓差曲線變化規律，判定可調機構阻滯力大小。

2.2.1 可調機構出現停滯

發動機在減速過程中，由于可調機構阻滯力過大，驅動機構無法驅動可調機構，造成可調機構停滯或間歇性停滯。

2.2.2 驅動機構壓差值判定

作動筒兩腔壓差值在對應換算轉速下高出規定限制值時，可調機構阻滯力異常，有潛在故障，由于系統采集到的轉速信號為物理轉速，故需對轉速值進行換算，其公式如下：

n2R=n2

式中：n2R——換算轉速；n2——物理轉速；t——環境溫度。

2.2.3 分散度檢查

統計四次減速過程中的壓差值曲線在 n2R=90%時的分散度，判斷發動機在不同狀態下調整機構組件冷熱兼容性，發動機是否有潛在故障。

3 典型發動機數據分析

根據大量試驗分析，監測各減速過程可調機構隨轉速變化規律，同時對比驅動機構兩腔壓差值隨換算轉速變化可判定是否存在可調機構阻滯力異常情況，通過大量的數據積累可分為以下四種情況：

①出現可調機構隨換算轉速變化有明顯滯后現象的，驅動機構作動筒兩腔壓差值一定異常偏大，判定為可調機構阻滯力異常，其中某臺次發動機在第一次減速過程中，可調機構停滯，發動機進喘。

②出現驅動機構作動筒兩腔壓差值高出限制值的發動機，判定為可調機構阻滯力異常，如圖2所示，某臺次發動機兩次減速過程壓差值超過限定值。

③在換算轉速n2R=90%，壓差分布范圍超過限制值，有潛在故障隱患，發動機判定為可調機構組件冷、熱兼容性差，如圖2。

④如以上3種情況均為出現，可判斷為發動機可調機構阻滯力正常，發動機正常使用。

結語

此次研制的可調機構阻滯力檢測系統已投入使用，能夠實現溫度、壓力、轉速等多種參數的采集與存儲、實時顯示及波形回放，系統在采集參數類型、采樣率、使用功能、抗干擾能力等方面均得到了驗證，達到了預期的要求。此外集成化的設計思路極大的提高了現場的工作效率。

參考文獻

[1]劉君華，申忠如.現代測試技術與系統集成[M].北京：電子工業出版社，2005.

[2]李立功.現代電子測試技術[M].北京：國防工業出版社，2008.

[3]趙繼文.傳感器與應用電路設計[M].北京：科學出版社，2002.

作者簡介：唐成亮（1982-）男，工程師。主要研究方向：航空發動機性能測試分析。