某型航空發動機高壓轉子最大轉速重調故障研究

■ 馮飛飛 李鵬輝 馮濤 鐘晨煒 謝佳駿/成都航利（集團）實業有限公司

某型航空發動機在地面試車及空中飛行時,由模擬電子控制器（即綜合調節器）、液壓—機械控制器共同控制其燃油流量、氣流通道、滑油壓力以及溫度等參數。在最大工作狀態下,高、低壓轉子的轉速能夠達到每分鐘上萬轉,因此對其各個參數的控制極為嚴格,且對于各種突發故障都有應對措施。例如,當綜合調節器故障時,斷開綜合調節器,將液壓機械部分最大轉速調定值降低,從而保證飛行的安全性。

綜合調節器用來調節發動機的參數并向控制裝置、機載記錄設備、監控設備傳遞信號。綜合調節器控制主燃油泵調節器、噴口—加力燃油控制器、加力點火定量調節器等,完成以下任務：（1）控制加力的接通和傳送加力接通的信號；（2）控制燃氣渦輪起動機的工作并給出極限狀態信號；（3）根據N2和t4控制渦輪冷卻的接通和斷開；（4）根據進口空氣溫度t1調節（限制）最大狀態和加力狀態的低壓轉子轉速n1、高壓轉子轉速N2和低壓渦輪后燃氣溫度t4……如果綜合調節器故障,就無法根據進口溫度實現轉速調節的功能,因此在最初設計時,為保證飛行安全,在綜合調節器故障時,降低由液壓—機械控制器調節的最大轉速值。

在發動機試車時模擬綜合調節器故障,由主燃油泵調節器將N2最大轉速降低。在臺架試車時,偶爾出現調整主燃油泵調節器后,N2最大轉速值不下降或下降值較小的情況,嚴重影響發動機性能參數。本文對此故障進行研究分析,找出有效的解決辦法,同時可提高外場排故的成功率。

1 故障現象

某型航空發動機在地面試車時,需要檢查各個狀態的試車參數,模擬和驗證發動機在高空飛行中各種狀態下的參數信息,其中在高壓轉子轉速N2調整至95%并工作一定時間后,需將N2最大轉速重調電磁活門ИМ7斷電,檢查高壓轉子轉速的下降量,模擬綜合調節器故障。某臺次發動機經過兩次檢查后其轉速下降量始終只有1%,未達到標準范圍內,通過調整主燃油泵調節器上的P14螺釘,轉速下降量仍無變化,試車無法正常進行。

2 故障原因分析

此類故障在以往的試車中并未出現,且P14調整螺釘已無余量,說明在N2最大轉速重調電磁活門ИМ7斷電后主燃油泵調節器內部的轉速控制器調節的N2最大轉速改變較小。

由圖1轉速控制器控制原理圖可知,綜合調節器工作正常時,N2最大轉速重調電磁活門通電,活門打開,從定壓活門經節流嘴重調活塞上腔的油回流至低壓腔,活塞上腔油壓很小,在活塞下腔彈簧力作用下,活塞停在最上端,對發動機N2轉速控制器的工作不產生影響。

在模擬綜合調節器故障時,N2最大轉速重調電磁活門ИM7斷電,活門關閉回油路,定壓活門來油直接作用在重調活塞上腔,活塞克服彈簧力下移到底,搖臂在拉簧力作用下,繞固定支點順時針方向轉動,帶動油門桿操縱搖臂的活動支點繞與油門凸輪的接觸點順時針方向轉動,降低了對N2轉速控制器的調準彈簧力,從而降低N2轉速。

在試車時主要調整P14調整螺釘,由圖1可知,通過外擰P14螺釘,控制桿順時針方向轉動,帶動上傳動軸向右移動,放松了對N2轉速控制器的調準彈簧,作用在擺錘活門右邊的彈簧力減小,使得轉速控制器調節的N2轉速減小。目前在P14調整尺寸范圍內,轉速無變化。通過對轉速控制器結構的分析,發現P42調整釘同樣可以改變N2轉速。外擰P42調整釘,重調活塞下移,通過拉簧作用使得搖臂順時針方向轉動,放松對轉速控制桿的作用力,轉速控制桿以溫度凸輪為支點順時針方向轉動,通過下傳動桿、控制桿,使得上傳動桿對擺錘活門右側彈簧的作用力相比未對P42調整時有所減小,從而降低N2轉速控制器的N2轉速調節值。

圖1 轉速控制器控制系統圖

3 故障驗證及總結

基于上述分析,在試車臺上將主燃油泵調節器上的P42螺釘外擰2圈,重新試車使高壓轉子轉速N2調整至95%并工作一定時間后,將ИМ7電磁活門斷電,此時N2轉速下降明顯,但仍未下降到工藝范圍內,通過對P14螺釘進行輔助調整調整,最終N2轉速下降量合格,故障得到排除。

發動機的液壓系統極為復雜,主要是由電子-液壓控制系統與機械-液壓控制系統共同控制,因此無論是在試車時還是在飛行中,都要重點掌握其結構控制系統圖,了解和掌握各個油路的影響,否則任何結構的缺陷、裝配的不完美都有可能造成故障的發生。

[1] 樊思齊. 航空發動機控制[M].西安：西北工業大學出版社,2008.