范世新，黃猛，鄭明

航空發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)流葉片角度調(diào)節(jié)參數(shù)變化故障分析

范世新1，黃猛2，鄭明1

(1.沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110043；2.中國人民解放軍駐黎明公司軍代表室，遼寧沈陽110043)

某型發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片角度α1，其電子調(diào)節(jié)部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁活門的占空比(Sα)，在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中是起關(guān)鍵作用的重要參數(shù)，但在臺架試車過程中曾多臺次出現(xiàn)在不同次檢查時(shí)Sα數(shù)值變化的故障。通過對α1主調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理的深入分析，確定試車中Sα變化故障是由于燃油調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)摻混入空氣所致，并得到試車驗(yàn)證。本研究對發(fā)動(dòng)機(jī)試車中類似故障的排除具有重要的參考意義。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；進(jìn)口導(dǎo)流葉片角度；調(diào)節(jié)系統(tǒng)；占空比；帶襯筒活塞

1 引言

某發(fā)動(dòng)機(jī)為保證低壓壓氣機(jī)一定的喘振裕度和空氣流量，對低壓壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片角度α1進(jìn)行了調(diào)節(jié)[1，2]。α1的主調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電子-液壓機(jī)械調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子換算轉(zhuǎn)速n1np的變化，主要由綜合調(diào)節(jié)器α1調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)；當(dāng)綜合調(diào)節(jié)器α1調(diào)節(jié)通道故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子換算轉(zhuǎn)速n2np，由液壓機(jī)械調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)[3]。

α1電子調(diào)節(jié)部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁活門，根據(jù)綜合調(diào)節(jié)器α1調(diào)節(jié)通道發(fā)出的載有占空比(Sα)的電脈沖信號進(jìn)行開、關(guān)，進(jìn)而控制帶調(diào)節(jié)襯筒活塞右腔的油壓。占空比定義為：電磁活門輸入周期為T的電脈沖信號，一個(gè)周期的電脈沖信號使電磁活門開、關(guān)一次，處于打開狀態(tài)的時(shí)間為T1，將T1/T稱為占空比。其中，在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，Sα是直接決定著調(diào)節(jié)品質(zhì)好壞的重要參數(shù)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)檢驗(yàn)試車規(guī)范中，有專門的試車程序要求對Sα進(jìn)行檢查，即將發(fā)動(dòng)機(jī)過渡到n1np=90%狀態(tài)，測量此時(shí)的Sα為50%±4%。如果Sα不符合技術(shù)條件，則在停車后調(diào)整占空比調(diào)整節(jié)流器，使Sα符合技術(shù)條件要求。增大占空比調(diào)整節(jié)流器的流量則Sα增大，減小占空比調(diào)整節(jié)流器的流量則Sα減小[4]。

但在該發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際試車過程中，曾多臺次出現(xiàn)Sα數(shù)值變化故障。具體為：當(dāng)按技術(shù)條件檢查Sα?xí)r數(shù)值偏小，在更換流量稍大的占空比調(diào)整節(jié)流器后，開車首次檢查Sα數(shù)值合格，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后再次檢查，Sα數(shù)值則發(fā)生變化，且大于規(guī)定值。

2 α1電子-液壓機(jī)械調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)組成

α1電子-液壓機(jī)械調(diào)節(jié)系統(tǒng)(圖1)，主要由綜合調(diào)節(jié)器α1調(diào)節(jié)通道(電子調(diào)節(jié)器)、α1液壓機(jī)械調(diào)節(jié)器和α1導(dǎo)流葉片等組成。綜合調(diào)節(jié)器α1調(diào)節(jié)通道，由信號生成器、α1程序生成器、校正裝置、脈寬調(diào)制器、電子部分的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(α1電磁活門)等組成。α1液壓機(jī)械調(diào)節(jié)器，主要由帶調(diào)節(jié)襯筒活塞、占空比調(diào)整節(jié)流器、分油活門、作動(dòng)筒、杠桿、反饋凸輪等組成。

圖1 低壓壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)Fig.1 Low-pressure compressor IGV control system

2.2系統(tǒng)工作原理

2.2.1綜合調(diào)節(jié)器α1調(diào)節(jié)通道工作原理

信號生成器有n1np信號生成器和α1信號生成器。n1np信號生成器將綜合調(diào)節(jié)器n1通道輸入的正比于n1(n1為低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子物理轉(zhuǎn)速)和t1(t1為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度)的電壓信號，生成正比于n1np的電壓信號并送至α1程序生成器。α1信號生成器將位移傳感器測量的實(shí)際α1信號，轉(zhuǎn)換成正比于α1的電壓信號后輸送到程序生成器[5]。

α1程序生成器根據(jù)n1np值形成所需的α1調(diào)節(jié)程序值信號，并對比α1信號生成器生成的α1信號值，形成失調(diào)信號Δα1，經(jīng)校正裝置后輸入到脈寬調(diào)制器。脈寬調(diào)制器再將失調(diào)信號調(diào)制成Sα的電脈沖信號。

Sα信號經(jīng)功率放大器放大后輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)——α1電磁活門，實(shí)施對α1的調(diào)節(jié)。將α1調(diào)到與n1np相符的角度上，失調(diào)信號消失。失調(diào)信號為零時(shí)Sα=50% (理想狀態(tài))，失調(diào)信號為負(fù)時(shí)Sα＜50%，失調(diào)信號為正時(shí)Sα＞50%。Sα與Δα1間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 Sα與Δα1間的關(guān)系Fig.2 Variation ofSαwithΔα1

2.2.2α1電子-液壓機(jī)械調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作過程

發(fā)動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，電子部分的Sα= 50%，襯筒處于中立位置，分油活門蓋住作動(dòng)筒左右腔油路，作動(dòng)筒活塞位置一定，α1與發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)相適應(yīng)。

當(dāng)推油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在加速調(diào)節(jié)器的控制下轉(zhuǎn)速不斷增大。由于高壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性較小，隨著轉(zhuǎn)速的增大，通過主泵調(diào)節(jié)器n2np轉(zhuǎn)速指令形成裝置和杠桿的作用，使α1液壓機(jī)械調(diào)節(jié)器的分油活門左移，打開作動(dòng)筒活塞左腔的回油路和右腔的來油路，使作動(dòng)筒活塞開始左移，α1朝增大發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量方向轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，綜合調(diào)節(jié)器α1調(diào)節(jié)通道形成α1偏差信號(失調(diào)信號)Δα1，作用到校正裝置上進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正，再經(jīng)脈寬調(diào)制器調(diào)制成Sα＜50%的寬脈沖信號作用到α1電磁活門上，電磁活門的回油開度減小，帶襯筒活塞右腔油壓增大使活塞左移，分油活門相對于襯筒的開度減小，保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)先快后慢的動(dòng)態(tài)特性。

隨著作動(dòng)筒活塞的左移，α1不斷增大，通過α1液壓機(jī)械調(diào)節(jié)器反饋凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，使分油活門開始向中立位置右移。同理，由于Δα1開始增大，Sα也開始增大，電磁活門開度開始開大，帶襯筒活塞也開始朝中立位置右移。在襯筒還處在中立位置左邊時(shí)，分油活門已追趕上襯筒，并蓋住襯筒通往作動(dòng)筒活塞左右腔的油路。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，α1增大，Δα1增大，Sα逐漸增大，電磁活門進(jìn)一步開大，回油量增多，帶襯筒活塞右移，作動(dòng)筒活塞右腔來油路和左腔回油路重新溝通。當(dāng)襯筒運(yùn)動(dòng)到原中立位置時(shí)，Δα1增大到等于零，Sα=50%，分油活門在反饋凸輪作用下重新蓋住襯筒上的油路，調(diào)節(jié)過程結(jié)束，α1與發(fā)動(dòng)機(jī)新的狀態(tài)相對應(yīng)。

3 Sα變化故障機(jī)理分析

通過上述分析可知，Sα的大小與Δα1直接有關(guān)，而Δα1由α1程序生成器形成的α1調(diào)節(jié)程序值信號和α1信號生成器測量的實(shí)際α1信號的差值決定。Sα變大，實(shí)際上是Δα1變大。Δα1變大，一方面可能是由于α1程序生成器形成的α1調(diào)節(jié)程序值信號變大引起，另一方面可能是實(shí)際的α1變小所致。如果綜合調(diào)節(jié)器輸入的低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度信號正常，那么Sα變大只能是實(shí)際的α1變小所致。

Sα變大，則電磁活門打開的時(shí)間增長，回油量增多，帶調(diào)節(jié)襯筒活塞右腔油壓減小，活塞右移回到原中立位置，增大了作動(dòng)筒活塞左腔回油路和右腔來油路，迫使作動(dòng)筒活塞左移，使α1增大。因此，α1減小實(shí)際上是由于帶襯筒活塞右腔油壓變大所致。

由于Sα變化故障，是在更換流量稍大的占空比調(diào)整節(jié)流器后發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間出現(xiàn)的。由此可見，活塞右腔油壓是在更換占空比調(diào)整節(jié)流器后發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間變大的?？紤]到整個(gè)過程中唯一的人為因素，是更換了占空比調(diào)整節(jié)流器，那么導(dǎo)致活塞右腔油壓變大的最大可能，是在更換占空比調(diào)整節(jié)流器時(shí)主泵調(diào)節(jié)器帶襯筒活塞右腔摻混入了空氣。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較短時(shí)，帶襯筒活塞右腔由于摻混了空氣而油壓較低，造成調(diào)節(jié)的假象。而在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，帶襯筒活塞右腔的空氣逐漸排盡，油壓最終變大。因此，Sα變大故障最可能的原因，是更換占空比調(diào)整節(jié)流器時(shí)帶襯筒活塞右腔摻混入了空氣。

4 試車驗(yàn)證

為驗(yàn)證前文分析給出的Sα變大故障原因，利用一臺曾出現(xiàn)過Sα變大故障的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證試車。結(jié)果表明，當(dāng)主泵調(diào)節(jié)器占空比調(diào)整節(jié)流器拆下后，再重新安裝造成帶襯筒活塞右腔有氣體時(shí)，Sα值偏??；反復(fù)開車幾次，隨著氣體逐漸排凈，Sα值增大到合格范圍。驗(yàn)證試車結(jié)果證實(shí)了分析的正確性。

5 結(jié)束語

本文通過深入分析α1電子-液壓機(jī)械調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理，確定試車中占空比變化故障，是由于更換占空比調(diào)整節(jié)流器時(shí)，帶襯筒活塞右腔摻混入空氣引起，并通過驗(yàn)證試車得到驗(yàn)證。本研究對于發(fā)動(dòng)機(jī)試車過程中類似故障的排除具有重要的指導(dǎo)意義。

[1]姜偉，趙士杭，龐為，等.燃?xì)廨啓C(jī)原理、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用[M].西安：空軍工程學(xué)院，1998.

[2]廉筱純，吳虎.航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[3]謝壽生.加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)[M].西安：空軍工程學(xué)院，1998.

[4]周宗才，謝壽生.發(fā)動(dòng)機(jī)的性能調(diào)整與排故手冊[M].西安：空軍工程學(xué)院，1996.

[5]周宗才.飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)控制[M].西安：空軍工程學(xué)院，1997.

Failure Analysis on Adjustable Parameter Deviation of Aero-Engine′s Compressor Inlet Guide Vane Angle

FAN Shi-xin1，HUANG Meng2，ZHENG Ming1
(1.Shenyang Liming Aero-engine Group Corporation Ltd.，AVIC，Shenyang 110043，China；2.Air Force Representative in Liming，Shenyang 110043，China)

Sα,the open time ratio signal from electronic control unit for the electro-magnetic valve,of the angleα1actuator of an engine′s low-pressure compressor IGV,is an important parameter during the whole adjusting work.During engine bed tests,Sαvalue deviation failures appeared several times among repeating checks.Based on the analysis of working principle ofα1angle control system and verification by engine tests,it was ascertained that the open time ratioSαparameter deviation failure was caused by the mixing of air into fuel control system.This research is referential to clear the similar failures in engine testing.

aero-engine；IGV’s angle；control system；open time ratio；sleeve-piston

V263.6；V233.7

A

1672-2620(2013)04-0048-03

2013-03-25；

2013-07-24

范世新(1972-)，男，遼寧海城人，高級工程師，碩士，主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車和整機(jī)振動(dòng)測試分析工作。