某型發動機加力接通延遲故障與分析

韋周慶++魏霞++任志遠++荊赤宇

摘 要：某型航空發動機在臺架試車過程中多次出現加力接通延遲故障，本文主要介紹了該發動機加力燃油系統、噴口控制系統和加力接通電氣控制系統的功能，重點描述加力接通過程的工作原理。根據其工作原理分析了產生該故障的可能原因，在此基礎上對控制加力接通的電氣系統進行了有針對性地分析，查找并排除了該故障。

關鍵詞：航空發動機；加力接通；故障與分析；離子電流；離子火焰探測器

中圖分類號：V231 文獻標識碼：A

0.引言

某型發動機為雙轉子加力式渦輪風扇發動機，在廠內臺架試車過程接通加力過程中多次出現接通延遲現象，為排除該故障，對加力系統的組成和工作原理進行系統分析，最終確定離子火焰探測器附件故障是導致此現象的根本原因，更換離子火焰探測器后該故障得以排除。

1.故障描述

某型發動機在臺架試車過程中，上推油門桿至全加力狀態，加力可正常接通，但加力接通時間比正常發動機明顯偏長，加力信號燈可正常點亮，多次推上均出現類似故障，檢查系統線路未發現異常。

2.加力系統組成及原理

某型發動機采用模擬電子與液壓機械相結合的調節系統，最大狀態和加力狀態，由綜合電子調節器的n1、n2、T4三個調節通道采取低選形式控制，當發動機的n1、n2、T4中某一值首先達到綜合電子調節器限制值，則由該通道保持限制值不變，其他參數的變化取決于發動機的氣動聯系；當綜合電子調節器出現故障時，發動機改為主泵調節器的機械液壓控制。加力系統主要分為加力燃油系統、加力點火系統、噴口控制系統。

加力燃油系統功能是向加力燃燒室供給燃油，并自動調節供油量以保證加力燃燒室穩定工作，為開環控制系統。其主要附件有：加力燃油泵、噴口加力調節器、加力燃油分布器、加力燃油總管及噴嘴。

加力點火系統由加力點火裝置、加力點火電纜、加力點火電嘴和離子火焰探測器組成。

噴口調節系統功能是自動調節尾噴口直徑以調節加力燃燒室內氣壓，保證加力接通后發動機穩定工作。該系統為閉環控制系統，主要附件為噴口加力調節器、噴口油源泵、噴口油源泵控制附件。

4.加力接通過程

當發動機需要接通加力時，按綜合電子調節器的指令，加力點火控制盒將飛機電源系統的115V 交流電源加到加力點火裝置上。加力點火裝置內的儲能電容器進行電荷積累，電容器經電嘴電極間隙瞬時放電。地面和空中接通加力時，加力點火電嘴上的電火花點燃加力燃燒室中油氣混合氣。當加力點火成功時，離子火焰探測器感受發動機加力燃燒室火焰信號，送給綜合電子調節器，加力燈亮；如離子火焰探測器未感受到發動機加力燃燒室火焰信號，加力燈以每秒5次閃爍。

5.故障原因分析

通過對加力系統的組成及原理分析，初步可以判斷為加力系統附件出現故障，因此首先通過更換附件的方法進行排故，在臺架上依次更換了加力點火裝置及加力點火電嘴，再次試車故障再現，未能排除該故障。繼續更換加力系統相關附件，當更換內涵離子火焰探測器后，該故障得以排除，加力接通時間正常。

通過復查試車過程數據，加力系統各項數據與正常發動機對比，除內涵離子電流值外，其他均處于正常范圍，且更換離子火焰探測器后故障排除，因此定位在離子火焰探測器故障。由于離子火焰探測器未能及時探測到加力火焰，導致出現加力接通延遲故障。

離子火焰探測器安裝在發動機加力燃燒室殼體上，火探器的探管深入加力燃燒室流道內，火探器安裝座與發動機殼體相接相當于負極，火探器的探管相當于正極。當加力點火成功時，燃燒的油氣分離出正、負離子，負離子流向火探器探管，正離子流向發動機殼體（殼體接地），燃燒越劇烈形成的離子流越強。當火探器感受到的電離電流值達到40uA時，切斷噴口加力調節器上的脈沖生成器計量活門及最小燃油流量電磁閥和加至加力點火控制盒的指令，發送加力信號，此后，加力燃燒室中的供油按發動機油門桿時位置實現；當向加力點火控制盒發送指令過程中火探器電離電流值達不到40uA時，發送加力燈閃爍信號。

地面和空中接通加力時，加力點火電嘴上的電火花點燃加力燃燒室中油氣混合氣，火探器感受加力燃燒室火焰信號，送給綜合電子調節器。電離電流值是加力接通流程中的一個反饋信號，用來表征發動機接通加力與否。當火探器感受的電離電流值達到協動電流值時，加力燈亮，加力點火成功；當火探器電離電流值達不到協動電流值時，發送加力燈閃爍信號，表明加力未接通。

離子火焰探測器設計標準規定：加力燃燒室不工作時，傳感器電路中電離電流≯25μA；加力燃燒室工作時，傳感器電路中電離電流≮100μA，傳感器電路的協動電流≥40±6μA。對內涵火探器電流值要求如下：檢查全加力穩定工作狀態下內涵火探器電流值，若電流值小于150μA，則進行調整增加加力供油量。如加力供油量合格且已達上限，再無調整余量，則更換火探器，確保交付發動機加力內涵火探器電流值大于150μA。

某型發動機的加力燃燒室為混合進氣形式，通過波瓣混合器實現內、外涵氣流的摻混，經過加力燃燒室后形成條帶式的溫度場，分析認為混合器波瓣尺寸不均勻，會影響內外涵氣流的摻混質量，最終影響加力燃燒室的溫度場分布。

當加力燃燒室點火成功時，燃燒的油氣分離出正、負離子，負離子流向火探器探管，正離子流向發動機殼體（殼體接地），燃燒越劇烈形成的離子流越強。離子火焰探測器的空間安裝位置是在大量的試驗基礎上的確定的，這要求加力燃燒室在裝配時，符合設計圖紙要求，保證發動機在工作時加力燃燒室的溫度場在設計要求范圍，保證離子火焰探測器周圍有足夠的離子流。

發動機工作時加力燃燒室溫度場因加力部件制造、裝配的公差而存在差異，不同發動機裝配同一加力燃燒室產生的溫度場分布也不盡相同，在離子火焰探測器裝配處的火焰溫度、焰峰位置也不相同，離子火焰探測器產生的電流值也就不同，因此可能存在離子火焰探測器附近局部溫度場偏離設計要求的情況。

將換下的離子火焰探測器進行絕緣電阻及導通性檢查，未發現異常，對離子火焰探測器進行外形尺寸檢查，發現該離子火焰探測器尺寸超差較大，通過更換尺寸合格的離子火焰探測器，該故障得以排除。

對廠內其他離子火焰探測器相關尺寸進行測量，將不合格的離子火焰探測器返回承制廠進行排故。發生此故障后如多次更換離子火焰探測器仍未能排除故障，說明該加力燃燒室部件分布與主機流場疊加后出現溫度場局部偏離的情況，通過更換加力燃燒室組件使其與主機流場重新匹配，可以改變加力燃燒室溫度場的分布。

結論

某型發動機臺架試車過程中出現的加力接通延遲故障為離子火焰探測器未能及時探測出加力火焰所致，離子火焰探測器未及時探測加力火焰的原因為該離子火焰探測器外形尺寸超差，通過控制離子火焰探測器外形尺寸及其裝配后在加力燃燒室內的位置尺寸，一般均可排除加力接通延遲故障，若多次更換離子火焰探測器均未排除此故障，可通過更換加力燃燒室的方法進行排故。

參考文獻

[1]王立志，張香華.某型發動機加力控制系統故障與分析[J].中國新技術新產品，2016，10（下）：96-97.

[2]杜毅潔，馬明明，姚尚宏.某型發動機加力接通故障分析[J].工程與試驗，2013（6）：30-31.

[3]廉筱純，吳虎.航空發動機原理[M].西安：西北工業大學出版社， 2005.endprint