某型飛機發動機慣性運轉時間不達標問題研究

李甜甜 闞玉平/中航飛機股份有限公司

0 引言

航空發動機是飛機的心臟，其服役狀態的監測和檢測對于整機服役狀態的監測和檢測意義重大。發動機慣性運轉時間是監測發動機工作狀態的關鍵參數之一，是反映發動機轉子軸承及發動機上安裝的附件運轉健康狀況的重要指標。通過發動機慣性運轉時間可以判斷發動機氣流通道和軸承有無卡滯或異常。當發動機慣性運轉時間出現異常時，應及時找出原因，以幫助飛行人員及維修人員更好地了解發動機的工作狀態并進行維修。

工程實踐中，參照原型機標準，某型飛機發動機高壓轉子慣性運轉時間規定為60s，然而，該發動機實際試車過程中的慣性運轉時間明顯低于設計指標，檢查多臺發動機高低壓轉子轉速、滑油壓力、滑油溫度、排氣溫度等工作參數均無異常。針對這一問題，本文對該型發動機慣性運轉時間的關鍵因素進行分析，通過試驗研究探索實際試車慣性運轉時間不達標的原因，提出該問題的解決方案，為我國航空發動機服役監測和維修提供參考。

1 測量方法

在測量該型飛機發動機慣性運轉時間時，關閉交流發電機及飛機燃油增壓泵，觀察發動機指示告警顯示器上的高壓壓氣機轉子轉速數字指示和指針。該數值到達9%時高壓壓氣機轉子轉速開始平穩減小，此時開始計時，到交流發電機轉子停止轉動時停止計時，所測得的時間即為飛機發動機慣性運轉 時間。

現階段該型機參照原型機及實際工作參數，規定發動機慣性運轉時間為60s。圖1 為該型機發動機分別在試車臺不配裝液壓泵、試車臺配裝原型機液壓泵、飛機配裝國產液壓泵情況下測得的發動機慣性運轉時間統計結果。從圖1 中可以看出，三種情況下發動機慣性運轉時間差異較大，配裝國產液壓泵時發動機的慣性運轉時間最短，試車臺不配裝液壓泵時的時間最長。

2 關鍵因素分析

2.1 常規因素

飛機發動機的慣性運轉時間通常與環境溫度、試車時間、空氣密度（場高）、發動機運轉時間等有關。環境溫度和試車時間通過改變發動機的滑油黏度影響慣性運轉時間，通常情況下，環境溫度越高、試車時間越長，則發動機的滑油黏度越低，潤滑性能較好，有助于延長慣性運轉時間；場高較高時，空氣稀薄，發動機停車運轉阻力小，則慣性運轉時間延長；當發動機運轉足夠時間后，附件磨合情況較好，阻力較小，也會使發動機慣性運轉時間延長。

2.2 其他關鍵因素

為了探究影響慣性運轉時間的其他關鍵因素，對該型機與另一型飛機（以下簡稱Ⅱ型機）的發動機慣性運轉時間進行測量，并對兩機型測量結果進行對比分析。其中，該型機與Ⅱ型機安裝同型號發動機，發動機慣性運轉時間測量方法一致，但配裝液壓泵、發動機安裝方式及進氣道的長度不同。

圖1 某型飛機發動機慣性運轉時間統計

測量結果如表1 所示，就液壓泵、飛機進氣道、發動機安裝方式對慣性運轉時間的影響進行分析：該型機發動機配裝國產液壓泵，采用懸臂梁方式安裝于其機身側壁上；發動機推力通過主推力銷傳給主推力銷過渡件，再傳給主拉桿和前梁拉桿，最后由其將發動機推力傳給飛機；發動機在停轉過程中，其力的傳遞經過幾個拉桿建立一個非絕對剛性的環境，致使其能量衰減較快，可能導致發動機慣性運轉時間減??；液壓泵作為發動機停車過程中的主要負載，對發動機慣性運轉時間有直接影響，停車時液壓泵負載越大，發動機慣性運轉時間越短；飛機進氣道設計決定著進入發動機的氣流量，在發動機停車過程中，進入發動機的空氣流量、速度直接影響發動機的慣性運轉時間。

綜上可以看出，對比臺架上發動機的慣性運轉時間可知，液壓泵的有無對發動機慣性運轉時間的測量影響較大。對比Ⅱ型機與該型機發動機慣性運轉時間可知，進氣道的長度、發動機安裝方式及液壓泵類型的不同也會對慣性運轉時間的測量造成影響。

3 試驗驗證

為得出液壓泵、飛機進氣道、發動機安裝方式對發動機慣性運轉時間的影響規律，進行下列兩個試驗研究。

3.1 飛機試車驗證試驗

基于工程實際，選擇一架發動機慣性運轉時間不達標的該型機，將配裝在發動機上的液壓泵拆下，并用工藝堵蓋的方法對發動機上的接口進行封堵。利用前述測量方法，測量地面開車時的發動機慣性運轉時間，將該時間與飛機出廠時在臺架上未安裝液壓泵測得的時間進行對比。

3.2 發動機臺架試驗

發動機臺架試驗的目的在于驗證液壓泵加載流量的大小對發動機慣性運轉時間的影響。對該型機發動機分別配裝Ⅰ型、Ⅱ型國產液壓泵、原型機液壓泵，測量不同液壓泵加載流量下的發動機慣性運轉時間，同時測量該發動機不配裝液壓泵時的慣性運轉時間。

4 試驗結果分析

4.1 飛機試車驗證

飛機試車驗證試驗中，測得的發動機慣性運轉時間均值為120s，與飛機出廠時未安裝液壓泵在臺架測得的時間相同。此試驗證明飛機進氣道和發動機安裝方式對慣性運轉時間無影響，液壓泵對慣性運轉時間的影響較 大。

4.2 無液壓泵及配裝原型機液壓泵驗證

試驗結果見表2、表3。由表中可知，發動機臺架試驗中，不配裝液壓泵時多次測得的慣性運轉時間均為136s。配裝原型機液壓泵時，當液壓泵加載流量最大時發動機慣性運轉時間最長；隨著液壓泵加載流量的減小，發動機慣性運轉時間隨之減小。同時，根據試驗數據，液壓泵加載流量為20 ～38L/min 時，慣性運轉時間變化平緩。當液壓泵加載流量為10L/min 時，慣性運轉時間顯著降低，即當液壓泵加載流量在較小范圍時對發動機慣性運轉時間的影響較大。

表2 發動機不配裝液壓泵

表3 發動機配裝原型機液壓泵

表4 發動機配裝Ⅰ型國產液壓泵

4.3 配裝國產液壓泵驗證

試驗結果見表4、表5。由表中可知，配裝Ⅰ型、Ⅱ型國產液壓泵時，發動機慣性運轉時間均高于配裝原型機液壓泵時測得的時間。兩型液壓泵因額定出口壓力、全流量最大壓力、額定流量、進口壓力、殼體回油壓力等均不同，在相同的液壓泵加載流量下發動機慣性運轉時間也不同。同時，因Ⅱ型國產液壓泵設計有卸荷功能，可降低發動機驅動泵組件的提取功率，因此在Ⅱ型國產液壓泵下，當液壓泵加載流量大于3L/min左右時，慣性運轉時間受液壓泵加載流量的影響相對于Ⅰ型國產液壓泵稍低。但是，其與液壓泵加載流量的關系呈現出與配裝原型機液壓泵時同樣的趨勢，即隨著液壓泵加載流量的減小發動機慣性運轉時間縮短，當液壓泵加載流量減小至0 附近時發動機慣性運轉時間最短。慣性運轉時間在液壓泵加載流量較小時變化明顯。

4.4 總體結果分析

根據發動機臺架試驗結果，液壓泵加載流量為0 時，發動機慣性運轉時間最短。某型飛機發動機停車時液壓泵加載流量即為0，液壓泵對發動機高壓轉子的負載最大，因此導致現狀態飛機發動機慣性運轉時間不滿足規定指標要求。

表5 發動機配裝Ⅱ型國產液壓泵

Ⅰ型液壓泵加載流量為0 時，慣性運轉時間為56s，Ⅱ型液壓泵加載流量為0 時，慣性運轉時間為40s，原型機液壓泵加載流量為3L/min 時，慣性運轉時間為42s（原型機液壓泵未設計回油旁路，不能調整為0 流量）。該型機配裝Ⅰ型液壓泵，結合實際多架外場飛機發動機慣性運轉數據，建議將該型機發動機高壓轉子慣性運轉時間指標由60s 改為50s。

5 結束語

針對某型機試車時多臺發動機慣性運轉時間低于設計指標要求問題，分析了影響發動機慣性運轉時間的關鍵因素，設計飛機試車及發動機臺架試驗，得出影響慣性運轉時間的主要因素，為監測發動機工作狀態和維修提供參考，有助于進一步保障飛機服役安全。