渦噴系列發(fā)動(dòng)機(jī)副油路壓力擺動(dòng)技術(shù)研究

崔毅

（中國(guó)航發(fā)貴州黎陽(yáng)航空動(dòng)力有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

1 簡(jiǎn)介

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)介紹

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供油系統(tǒng)的功用是以富足的流量和預(yù)定的壓力及過(guò)濾度合格的煤油供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)，并且在各種飛行條件下調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)不同狀態(tài)下的供油量。

試車(chē)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)副油路燃油壓力的穩(wěn)定性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的錄取極為重要。

1.2 渦噴系列發(fā)動(dòng)機(jī)副油路壓力擺動(dòng)問(wèn)題

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)批生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)副油路壓力擺動(dòng)故障時(shí)有發(fā)生，副油路壓力擺動(dòng)故障已經(jīng)成為顯著影響發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)工作的因素。更重要的是，現(xiàn)有的排故措施是基于工作經(jīng)驗(yàn)，因機(jī)理不清排故方向不明確，排故周期較長(zhǎng)。

1.3 技術(shù)研究目標(biāo)

（1）建立副油路壓力擺動(dòng)的力學(xué)模型，找出副油路壓力擺動(dòng)問(wèn)題的主要因素。

（2）制定副油路壓力擺動(dòng)問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)排故流程，大幅降低排故周期；

2 發(fā)動(dòng)機(jī)附件固有頻率建模

2.1 離心泵固有激振頻率特性

式中，n 為轉(zhuǎn)速，r/min；M 為葉片數(shù)。

2.2 柱塞泵固有激振頻率特性

式中，n 為轉(zhuǎn)速，r/min；M 為柱塞數(shù)。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本次數(shù)據(jù)采集了發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)開(kāi)車(chē)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，因副油路擺動(dòng)多出現(xiàn)在大狀態(tài)，因此本文只截取了大狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。

3.2 全加力狀態(tài)

主油路壓力頻譜分布圖如圖1 所示，副油路壓力頻譜分布圖如圖2 所示，主泵泵后壓力波形圖及頻譜分布圖如圖3所示，主泵定壓油壓力波形圖及頻譜分布圖如圖4 所示。

4 數(shù)據(jù)分析

圖1 主油路壓力頻譜分布圖

圖2 副油路壓力頻譜分布圖

圖3 主泵泵后壓力頻譜分布圖

圖4 主泵定壓油壓力頻譜分布圖

在慢車(chē)工況下，主泵后的壓力擺動(dòng)幅值最高，在0.8 額定狀態(tài)下，主泵定壓油的壓力擺動(dòng)幅度最大，主泵后壓力擺動(dòng)幅度略低于定壓油，而副油路和主油路的壓力擺動(dòng)幅值相近，為定壓油壓力擺動(dòng)幅值的60%左右。在額定狀態(tài)下，情況與0.8 額定狀態(tài)下類(lèi)似，定壓油的壓力擺動(dòng)振幅最大，主泵后的壓力擺動(dòng)幅值明顯降低，主油路和副油路的壓力擺動(dòng)幅值明顯增大，且副油路明顯大于主油路。在最大狀態(tài)下，定壓油壓力擺動(dòng)幅值繼續(xù)增大，而其他三個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓力擺動(dòng)幅值顯著降低，其中主副油路的壓力擺動(dòng)幅值均低于限值。在小加力工況下，定壓油壓力擺動(dòng)幅值為各工況下最大，主泵后壓力擺動(dòng)幅值與0.8 額定工況下相近，此時(shí)主油路壓力擺動(dòng)幅值明顯高于0.8MPa 的限值，而副油路壓力擺動(dòng)幅值則低于限值。在全加力工況下，定壓油壓力擺動(dòng)幅值雖然比小加力狀態(tài)有所降低，但仍為四個(gè)測(cè)點(diǎn)中最高。主泵后壓力擺動(dòng)幅值與最大狀態(tài)時(shí)相近，比小加力狀態(tài)顯著降低。主油路和副油路壓力擺動(dòng)幅值均比小加力狀態(tài)有小幅度降低。由此可見(jiàn)，壓力擺動(dòng)的最大幅值出現(xiàn)在主泵定壓油處，其次為主泵后。主副油路的壓力擺動(dòng)幅值均低于主泵定壓油處和主泵后，表明主泵為可能的激振源，并且壓力波由主泵向下游傳遞過(guò)程中存在明顯的阻尼，使振動(dòng)幅值顯著降低。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的附件傳動(dòng)設(shè)計(jì)，離心增壓泵與主燃油調(diào)節(jié)器（主泵）的柱塞泵均由高壓轉(zhuǎn)子帶動(dòng)。其中，離心增壓泵的傳遞比為1.2，主燃油調(diào)節(jié)器的傳遞比為2.765。高壓轉(zhuǎn)子的100%轉(zhuǎn)速為11362rpm。由此可以計(jì)算出離心增壓泵和主燃油調(diào)節(jié)器柱塞泵的轉(zhuǎn)速。

可以看出，該分量頻率與主燃油調(diào)節(jié)器柱塞泵的一階激振頻率基本重合，表明主要振動(dòng)分量來(lái)自柱塞泵的固有激振頻率。發(fā)動(dòng)機(jī)在達(dá)到最大狀態(tài)后，傳動(dòng)附件的轉(zhuǎn)速變化范圍很小，主燃油調(diào)節(jié)器柱塞泵的一階激振頻率在610Hz 左右。而這三種工況下的主要振動(dòng)分量頻率同樣在605 ～610Hz，幾乎與柱塞泵一階激振頻率完全重合，同樣表明主要的振動(dòng)來(lái)源于主燃油調(diào)節(jié)器柱塞泵，與離心增壓泵無(wú)關(guān)。

表1 不同工況下激振源頻率

根據(jù)試車(chē)數(shù)據(jù)，當(dāng)副油路壓力出現(xiàn)明顯擺動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)推力，高壓和低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及T4 均沒(méi)有顯著變化。這是由于柱塞泵的一階頻率都在600Hz 左右，而燃油壓力擺動(dòng)所能直接影響的是燃燒室，但是根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料顯示，燃燒室的震蕩燃燒一階固有頻率主要位于低頻區(qū)間，約為10～350Hz，并且固有振動(dòng)的主要能量集中于一階分量。根據(jù)本次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，柱塞泵的一階固有頻率遠(yuǎn)大于燃燒室的一階固有頻率，因此，柱塞泵產(chǎn)生的供油壓力脈動(dòng)不能與燃燒室產(chǎn)生共振，因此不能使燃燒發(fā)生共振。而高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的固有頻率則在10000Hz 以上，同樣無(wú)法與柱塞泵供油頻率產(chǎn)生共振，因此T4、高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和推力都沒(méi)有顯著變化，柱塞泵的激振對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能沒(méi)有影響。

5 結(jié)論與解決措施

綜上所述，通過(guò)頻域分析，可以看出副油路壓力振動(dòng)來(lái)源于主燃油調(diào)節(jié)器的激振作用。同時(shí)有可能存在車(chē)臺(tái)設(shè)備上有一些次要的影響因素，包括剛性結(jié)構(gòu)的測(cè)壓管、測(cè)壓管安裝的層板和機(jī)械膜盒式測(cè)壓表的諧振特性。但是基于試車(chē)數(shù)據(jù)的分析，在副油路壓力出現(xiàn)擺動(dòng)的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)推力，轉(zhuǎn)速和T4 沒(méi)有發(fā)生變化，可以認(rèn)為副油路壓力的高頻針對(duì)不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能產(chǎn)生影響。

根據(jù)試車(chē)臺(tái)現(xiàn)有技術(shù)條件，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在試車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)副油路擺動(dòng)較大無(wú)法試車(chē)時(shí)，直接更換主燃油調(diào)節(jié)器。