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(空軍第一航空學院 航空機械工程系, 河南 信陽 464000)

引言

航空發(fā)動機是飛機的心臟，發(fā)動機性能的好壞直接關系到飛機的安全。保證發(fā)動機處于良好狀態(tài)，是航空裝備保障工作中的一項重要內(nèi)容。各型航空發(fā)動機《技術說明書》均規(guī)定：“發(fā)動機在系統(tǒng)燃油放盡超過48 h，使用壽命耗盡，需要返廠翻修等情況下，必須進行內(nèi)部油封；已油封的發(fā)動機，存放時間若超過3個月，必須進行啟封并重新油封；若預計時間超過1年以上尚未能裝機使用的發(fā)動機，必須進行長期封存”。因此，發(fā)動機油封設備是航空裝備保障工作中不可缺少的專用設備之一，是保證發(fā)動機工作正常，確保飛行安全的重要地面設備。

針對現(xiàn)有的發(fā)動機油封設備主要存在的綜合化程度低、自動化水平低、油封滑油質(zhì)量不高、安全系數(shù)低、維修保障難度大等問題，設計了航空發(fā)動機綜合油封設備。該型油封設備具有技術先進，設計合理，性能穩(wěn)定，功能完善，使用方便，自動化水平高等特點。同時，該設備具有較好的拓展性，經(jīng)軟件升級和模塊改進后還可以適用于其他型號發(fā)動機的油啟封。

1 設備的功用

(1) 發(fā)動機內(nèi)部油封功能 在離機狀態(tài)下，利用發(fā)動機的冷運轉(zhuǎn)，將經(jīng)過脫水處理后的滑油注入發(fā)動機燃油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)內(nèi)部，對發(fā)動機進行內(nèi)部油封。

(2) 發(fā)動機啟封功能 在發(fā)動機冷運轉(zhuǎn)時，將相應牌號的油液注入發(fā)動機燃油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)內(nèi)部，以清除發(fā)動機內(nèi)部的油封滑油，對發(fā)動機進行啟封。

(3) 滑油脫水處理功能 油封前對滑油進行加溫脫水處理，去除滑油中的雜質(zhì)和水分，從而保證油封滑油的質(zhì)量，以滿足發(fā)動機的油封需要。

(4) 油封資料查詢功能 系統(tǒng)收錄了30種型號航空發(fā)動機的油封工藝、油封常用數(shù)據(jù)及常見故障等技術資料，以供操作人員進行查詢和自我學習。

(5) 系統(tǒng)自檢測功能 能夠?qū)ο到y(tǒng)中各個控制板、數(shù)據(jù)線、接口電路和傳感器進行自檢測，可以準確判明系統(tǒng)內(nèi)各電磁閥、繼電器是否正常。

(6) 告警保護功能 系統(tǒng)設計有保護裝置，當油封壓力、起動電壓、電流等參數(shù)超出安全限制值時，系統(tǒng)會自動斷電保護。

2 設備的組成及工作原理

某型航空發(fā)動機綜合油封設備主要油封操縱控制臺、油液供給裝置等組成。

2.1 油液供給裝置

油液供給裝置為一個獨立的箱體，主要由組合油箱、增壓系統(tǒng)和輸油軟管組成。根據(jù)發(fā)動機油封工作需要，組合油箱包括3個油箱。增壓系統(tǒng)主要由充氣裝置、儲氣裝置、調(diào)壓裝置、測壓裝置、過壓保護裝置、放氣裝置和控制裝置等組成，管路圖如圖1所示。

圖1 增壓系統(tǒng)管路圖

2.2 油封控制操縱裝置

油封控制操縱裝置是航空發(fā)動機綜合油封設備的控制中樞，其硬件部分主要由主控系統(tǒng)、起動控制系統(tǒng)、油路控制系統(tǒng)、指示系統(tǒng)、接口系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和機體等組成。

1) 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)由主控計算機和接口電路裝置組成。接口電路裝置由輸入輸出(I/O)板、數(shù)模轉(zhuǎn)換(A/D、D/A)板、光電隔離板、功能擴展板以及控制電路等組成。根據(jù)主控計算機的特點，軟件選擇LabWindows/CVI環(huán)境下使用C語言編寫。軟件設計的基本原則為：準確可靠、直觀易用、易擴展、易維護。按照“自頂向下、逐層細分”的設計思路，應用程序采用模塊化設計，將軟件系統(tǒng)分成若干個功能模塊，功能模塊之間既相互聯(lián)系又相互獨立，從而使軟件系統(tǒng)結(jié)構清晰、分工明確，以增強系統(tǒng)的操作性、可靠性、通用性、可維護性和升級能力，便于軟件的開發(fā)和維護。

2) 起動控制系統(tǒng)

起動控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的控制核心，其基本工作原理是：工控機根據(jù)被油封發(fā)動機型號，通過I/O接口單元，經(jīng)功率放大后，與D/A接口電路協(xié)調(diào)工作，使油泵工作狀態(tài)調(diào)節(jié)單元輸出相應的控制信號使相應的油泵工作，產(chǎn)生所需的壓力和流量，油泵工作狀態(tài)接口單元監(jiān)測油泵的工作狀態(tài)，通過A/D反饋到工控機，以適時地調(diào)節(jié)油泵的工作狀態(tài)，使其輸出的壓力和流量滿足油封工藝的要求。同時依據(jù)所油封發(fā)動機的要求，通過I/O接口電路控制起動機的激磁電路和電樞電路的轉(zhuǎn)換，以滿足起動機起動力矩不斷增大的需要，使發(fā)動機順利完成冷運轉(zhuǎn)要求，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，起動機工作狀態(tài)監(jiān)控單元監(jiān)控起動機的工作狀態(tài)，當出現(xiàn)異常情況時，及時切斷起動機的工作電路，停止冷運轉(zhuǎn)，以有效地保護起動機和發(fā)動機。起動控制系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 起動控制系統(tǒng)原理圖

3) 油路控制系統(tǒng)

在設計的過程中，為了解決遇到的難題，同時滿足各型發(fā)動機油封的需要，主要采取了以下設計方法：

(1) 將供油管路設計為2套單獨的系統(tǒng)，滿足油路的需要，避免油液之間相互污染。

(2) 高壓(1.3 MPa)供油管路采取了儲油式供油方法，該方法的優(yōu)點是系統(tǒng)升壓快，效率高，而且壓力穩(wěn)定。高壓供油系統(tǒng)選取了ZB-27G型油泵，與蓄壓器、壓力開關、電磁閥、單向活門、油濾等附件共同組成了高壓供油系統(tǒng)，其油路控制原理如圖3所示。

圖3 高壓油封油路控制原理圖

高壓油封油路的工作過程：接通電源后，油泵開始工作，油液分為三路：一路經(jīng)單向活門進入蓄壓器，一路流向傳感器，一路流向壓力表。當油液壓力增加至1.3 MPa時，傳感器發(fā)出信號，使電磁活門接通工作，同時使油泵停止工作，蓄壓器內(nèi)的油液經(jīng)油濾注入發(fā)動機。當油液壓力下降至0.3 MPa時，油泵重新接通工作，如此周而復始，直至油封過程結(jié)束。

(3) 運用油箱與油封控制裝置分離的設計思想，操作方便，維修性好。

3 設計說明

3.1 主要部件的選擇

考慮該設備與其他設備的配套、戰(zhàn)時機動性能等方面的因素，研制規(guī)范對其外形尺寸、重量有嚴格的要求，因此，必須對所采用的主要部件進行篩選。

1) 油泵

選用ZB-27G型航空電動液壓泵，其特點是額定出口壓力較高(185 kgf/cm2)，流量較大(4.2 L/min)，但使用壽命較短，將其出口壓力降至30 kgf/cm2后使用，一方面可大大延長油泵使用壽命，另一方面又可使出口流量得到明顯提高以滿足發(fā)動機應急油封的需求。

2) 滑油濾

選用HYL-240A 型液壓油濾，其過濾精度高，而且流量大，可以滿足該設備的使用需求。

3) 系統(tǒng)供油控制電磁閥

選用RDF-9型單路雙位電磁開關。該型電磁開關具有可控流量大、內(nèi)置濾網(wǎng)接頭、可靠性高等特點。

4) 主控計算機

主控計算機是油封操縱控制臺的核心，選用KJRACK-3030J型工業(yè)控制機，它具有無源底板結(jié)構，可提供14個ISA和4個PCI插槽，具有較強的抗干擾能力，可靠性高，維修性好。

3.2 其他方面的考慮

(1) 在液壓泵進油管路中安裝了液控微動電門(傳感器)，用以感受液壓泵的進口壓力，控制電源電路的通、斷，既可以防止誤操作，又可防止液壓泵因進口壓力過低而出現(xiàn)氣塞故障。

(2) 為了便于油箱的清洗，在油箱底部設計了便捷的放油開關；為了便于觀察油封過程中油液的使用情況，在油箱外部設計了油量顯示標尺。

(3) 油路接頭全部采用快卸式自封活門，保證密封，防止污染。油封控制裝置與發(fā)動機的連接接頭設計為可拆卸式轉(zhuǎn)接頭，避免了頻繁更換油管，方便快捷。快卸式自封活門的結(jié)構原理圖如圖4所示。

(4) 考慮到油封控制操縱裝置的油路和電路在交叉工作時，有可能因為漏油漏電的情況而導致安全事故。為了解決這個問題，最后決定對油路和電路采用分層式設計，進行物理隔離。其中我們將油路部分設計在箱體的底部，電路部分設計在箱體的上部，在電路部分和油路部分之間還設計了一段隔離層，這樣就有效解決了因為漏油漏電而導致安全事故的情況。具體設計如圖5所示。

圖4 快卸式自封活門結(jié)構原理圖

圖5 油封操縱控制裝置布局示意圖

4 結(jié)論

某型航空發(fā)動機綜合油封設備該設備現(xiàn)已經(jīng)正式裝備部隊，從使用情況看，該設備具有較高的經(jīng)濟和軍事意義。

(1) 設備工作正常，各種性能參數(shù)符合設計要求，到目前為止尚未出現(xiàn)任何故障；

(2) 實現(xiàn)了油封設備的高度集成化，減少了多種發(fā)動機油封頻繁更換設備所帶來的不便；

(3) 利用計算機控制程序，操作簡便。該設備是目前國內(nèi)唯一的綜合程度高，智能化高的油封設備。系統(tǒng)工作自動化程度較高，使用維護方便。

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