一種用于多型號發動機綜合油封設備的研制

田少政，許 松，陳 浩

航空發動機是飛機的動力裝置，其性能的好壞直接關系到飛行安全。因此保證航空發動機工作，是航空裝備維修保障中的一項重要工作。

航空發動機《維修工藝》規定：“發動機在飛機燃油放盡超過48 h，使用壽命耗盡，需要返廠修理等情況下，必須進行發動機的內部油封；已油封過的發動機，存放時間超過三個月，必須進行啟封并重新進行發動機的油封”。因此，航空發動機綜合油封設備是航空維修保障工作中常用的設備，以此確保發動機工作正常。

為了滿足多種型號航空發動機的油封工作需要，特別是航空發動機脫離飛機狀態時（以下簡稱“離機”），解決航空發動機油封問題，研制了發動機綜合油封設備，可以有效地對15個型號30種發動機進行內部油封。

1 功用和技術指標

1.1 功用

航空發動機綜合油封設備能夠完成四大系列15種型號30類航空發動機的油封。即航空發動機離機狀態下，使用脫水后的航空滑油，在航空發動機轉子轉動時，對航空發動機燃油系統進行內部油封。

1.2 技術指標

電壓：380 V/50 Hz

輸入功率：8 000 W

數據采集和輸出周期：10 ms

模數轉換精度：12 bit

轉換周期：30 ms

MTBF≥1 000 h

MTTR≤0.5 h

2 基本組成和工作原理

2.1 基本組成

發動機綜合油封設備主要包括油封控制臺、滑油脫水供給裝置、油液供給裝置、動力配電裝置和油封備件柜五大部分，如圖1所示。

圖1 發動機綜合油封設備的組成框圖

2.1.1 油封控制臺

油封控制臺是發動機綜合油封設備的控制中樞，它主要由發動機主控系統、信號采集系統、電源系統以及機體等組成。

（1）發動機主控系統

發動機主控系統由主控計算機和接口電路裝置組成。主控計算機是發動機主控系統的重要設備，它控制整個航空發動機綜合油封的運行；接口電路裝置由輸入、輸出板，模數轉換板，功能擴展板等組成。在研制過程中為使系統具有較強的擴充性，系統選用KJRACK—3050型工業控制計算機，它提供16個ISA和6個PCI插槽，集成100M網絡適配器，具有較強的抗干擾能力，可靠性高，維修性好。

（2）信號采集系統

信號采集系統由信號采集模塊和信號采集電路組成。在離機狀態下，對發動機進行起動控制時，信號采集是發動機綜合油封設備的關鍵。為此，選用美國5B系列信號模塊。5B系列模塊能夠對多種信號（電壓、電流、熱電阻、熱電偶、頻率等）進行全面的采集。例如在對溫度模塊選擇時，充分考慮發動機溫度信號的靈敏度和準確性，選擇了熱電偶式的5B37-K-02模塊；在對發動機轉速模塊選擇時，充分考慮發動機轉速信號的精度，選擇了5B45-02模塊，該模塊的采集精度可達到萬分之五。

2.1.2 滑油脫水供油裝置

滑油脫水供油裝置采用反應釜加熱方式進行加熱。采用這種加熱方式進行脫水處理，有兩個優點：一是加熱效率明顯提高；二是反應釜加熱方式的導熱油不和滑油直接接觸，從而保證了油封油液的質量，且滑油無污染和碳化。

2.1.3 油液供給裝置

油液供給裝置為獨立的移動箱體，主要由儲油箱、轉接頭和各種油管組成。

2.1.4 動力配電裝置

動力裝置為一個獨立的箱體，主要由輸入電源、輸出電源和控制柜組成。

2.1.5 油封備件柜

油封備件柜為一個獨立的箱體，主要由轉接頭和油管組成。

2.2 工作原理

發動機綜合油封設備的基本工作原理是：在離機狀態下，發動機固定在專用油封臺上，利用油封控制裝置控制發動機工作，從而實現發動機的“冷運轉”（航空發動機的一種工作方式），將經過滑油脫水裝置處理后的航空滑油注入到航空發動機燃油系統的內表面，從而完成了航空發動機的油封。

航空發動機綜合油封設備的基本工作原理如圖2所示。

圖2 發動機綜合油封設備的基本工作原理

3 主要技術難點及解決辦法

發動機綜合油封設備在研制過程中，面臨的主要技術難題是發動機地面起動模型的建立問題。要實現發動機的起動控制，需要建立發動機的地面起動模型。

通過對起動系統及起動過程進行分析，得到渦扇發動機起動過程數學模型的統一結構如圖3所示。由圖可以看出，在起動過程中，起動機、發動機、點火系統、供油系統和負載系統等相互配合工作，協同完成不同大氣條件下的起動任務。

圖3 發動機起動模型的結構簡圖

當考慮發動機轉子的慣性時，得到發動機轉速兩個狀態變量；增加渦輪排氣溫度這一狀態變量，但實際對其測量比較困難，根據試驗后可增加渦輪后燃氣溫度作為第三個狀態變量。事實上，采用渦輪后燃氣溫度作為狀態變量在某種程度上還相當于考慮了渦輪部件的熱損失，從這種意義上講是非常合理的。由此分析，假設起動系統工作正常，起動過程中不進行幾何調節，則得到離散形式的非線性起動模型如下：

式（1）、（2）中：v（k） ＝[n（Lk），nH（k）（k）]T為起動過程的狀態向量；輸出向量可以包括下列參數：高、低壓轉子轉速，渦輪前、后燃氣溫度，發動機空氣流量，高壓壓氣機增壓比、喘振裕度，風扇壓比，涵道比，等等。對于這個狀態空間模型，如果取輸出向量與狀態向量的元素相同，則得到以發動機轉速和渦輪排氣溫度為輸出量的起動模型。

從發動機的工作原理來看，在起動過程中，在給定的大氣條件且發動機幾何不進行調節的情況下，如果發動機低壓轉子轉速、高壓轉子轉速和渦輪后燃氣溫度值是確定的，那么發動機的工作狀態也就基本上確定，因此本文提出采用式來描述發動機的起動過程模型是比較合理的。這一結論也將在后續的應用研究中得到證實。

4 結束語

發動機綜合油封設備是針對渦噴發動機、渦漿發動機、渦軸發動機、活塞發動機和渦輪起動機五大系列發動機的內部油封而設計的。該設備實現了油封設備的高度集成化，人機界面友好，操作簡便。該設備是目前國內唯一的綜合化程度高，智能化程度高，安全系數高，可靠性高，操作簡便的發動機油封設備，完全能夠滿足發動機油封操作要求，保證油封質量，提高油封效益。

[1]成大光.機械設計手冊第一，二，三，五卷[M].3版.北京：化工工業出版社，1995.

[2]徐龍祥，歐陽祖行.機械設計[M].北京.航空工業出版社，1990：85-144.

[3]國家軍用標準（裝備研究與生產的可靠性通用大綱）實施指南[S].北京：辦法軍事技術裝備可靠性標準化技術委員會，1990.