陳代富（海裝西安局,西安　710054）

某型發(fā)動機加力蜂鳴故障分析

陳代富
（海裝西安局,西安710054）

摘 要：發(fā)動機在加力工作過程中，因加力燃燒室氧氣含量低、氣流速度大等先天條件限制，容易發(fā)生加力蜂鳴故障，對發(fā)動機的危害較大。本文從蜂鳴故障發(fā)生的機理入手，對某型發(fā)動機加力蜂鳴的測量、判別和故障的排除方法等進行了初步分析。

關鍵詞：發(fā)動機；加力；蜂鳴；分析

1　引言

隨著航空發(fā)動機性能要求的提高，為達到增加推力的目的，往往在發(fā)動機主燃燒室之后，增設加力燃燒室，通過二次噴油，利用尾氣中的剩余氧氣進行燃燒增推。但是，由于受氧氣含量低、氣流速度大等先天條件限制，加力火焰穩(wěn)定燃燒條件較差，容易出現(xiàn)燃燒故障，加力蜂鳴就是其中一種難以排除的典型故障。

加力蜂鳴故障實際上就是發(fā)動機加力燃燒室在工作過程中因為振蕩燃燒而發(fā)出的一種噪音。某型發(fā)動機的加力燃燒室由于采用直射噴嘴順噴的方式，燃油的霧化質量較差，當局部燃油過多時會導致富油熄火，未燃的油氣混合氣在向后流動的過程中，可能被再次點燃，這種熄滅——點燃——熄滅的燃燒過程會引起燃氣壓力的脈動，發(fā)出蜂鳴聲。某型發(fā)動機在外場使用過程中多次發(fā)生加力蜂鳴故障，導致發(fā)動機低壓渦輪軸承支承整流支板和加力催化點火器損壞，給使用帶來了一定的安全隱患。

2　故障模式

發(fā)生蜂鳴時，加力燃燒室的主要燃燒形式為振蕩燃燒，且可細分為高頻、中頻和間歇振蕩燃燒三種模式，其脈動波形如圖1所示。

（1）高頻振蕩。接通加力后可以聽到尖叫聲，噪聲刺耳，波形有周期性，壓力脈動幅度△P≥10%P0。P0是加力燃燒室平均工作壓力，頻率為200～300Hz。高頻振蕩燃燒雖不至于造成熄火，但可能激起零件或薄殼件的顫振和筒體過熱；

（2）中頻振蕩。接通加力后持續(xù)振蕩。音調低沉如滾雷，波形有周期性，壓力脈動較大，△P≥20%P0。頻率在50～200Hz，燃燒不穩(wěn)定會引起發(fā)動機轉速波動，加力燃燒室筒體過熱，加力推力減小。筒體內的零件可能被震松、變形、震裂乃至掉塊，也可能很快熄火，還能激起噴口及筒體顫振；

（3）間歇振蕩。接通加力后，無節(jié)拍地間歇放炮，可能放幾炮后就熄火，破壞性很大，波形周期長短不一，在波峰上重疊有高頻增幅的小波動。壓力波動很大，△P≥(50～100%)P0頻率很低，變化不定，每秒幾周到十幾周。

3　機理分析

某型發(fā)動機加力燃燒室由于采用了外函冷空氣參與燃燒的技術，為解決低溫穩(wěn)定燃燒問題，采用了三圈蒸發(fā)管式火焰穩(wěn)定器。在工作中，蒸發(fā)管中噴射由加力燃調提供的附加燃油，并與引入的少量燃氣混合，形成富油混合氣，然后經(jīng)蒸發(fā)管噴入V形槽穩(wěn)定器內，再與V形槽穩(wěn)定器頂端進氣槽孔引入的氣體混合，形成可燃混合氣，當V形槽內回流區(qū)的可燃混合氣與V形槽穩(wěn)定器后的大回流區(qū)的燃氣相遇，即可點燃穩(wěn)定燃燒。該型發(fā)動機在發(fā)展階段，加力主燃油的分配試驗中發(fā)現(xiàn)，1號和4號燃油總管的燃油對“蜂鳴”的產(chǎn)生起的作用最大，最后取消了1號總管，代之以催化點火器；4號燃油總管供油量占加力總流量的23%，且離噴管壁較近，壓力波撞擊噴管壁易引起共鳴，因此對加力燃燒室的隔熱屏進行了周向呈波紋狀設計，同時減小了4號總管的流量。

發(fā)動機加力燃燒穩(wěn)定工作的條件用公式表示為：

其中，NT—燃燒穩(wěn)定性；P—燃氣壓力；V—氣流速度；T—氣流溫度

其中，φ—回流區(qū)當量比；θ—總的當量比；β1—穩(wěn)定器前的蒸發(fā)系數(shù)；β2—穩(wěn)定器上的液熵收集系數(shù)；β3—穩(wěn)定器上液膜蒸發(fā)系數(shù)；K—尾跡回流系數(shù)。

理論分析和試驗表明：某型發(fā)動機加力燃燒室內氣流振蕩振頻為100～120Hz，振幅在1.1磅/平方英寸以下，屬于中頻振蕩燃燒范圍。從發(fā)動機結構和加力系統(tǒng)控制規(guī)律可以看出，某型發(fā)動機加力燃燒的影響因素主要有5個方面（關系曲線見圖2，影響因素見表1）：①加力供油量；②內外函混合器形狀、位置、尾噴管的幾何形狀，火焰穩(wěn)定器的形狀及位置等；③發(fā)動機進氣部件；④飛機進氣道；⑤尾噴口面積。

其中②、③、④項，在發(fā)動機、飛機定型以后，對振蕩燃燒的影響就基本確定，①、⑤項為可調且直接影響振蕩燃燒的。圖2中的縱坐標FR/0.9M8為加力燃燒室油氣比，如燃油流量FR大，空氣流量M8（噴口面積決定）小，則容易發(fā)生富油燃燒而進入蜂鳴區(qū)；橫坐標PWT/V稱為穩(wěn)定性參數(shù)，具體影響因素見表1。

從圖2中可以看出：

（1）蜂鳴故障在加力比還比較小的情況下也可能發(fā)生；

（2）穩(wěn)定性參數(shù)受唇緣總溫T、靜壓P及流速V的影響較大；

（3）減少燃油流量FR或增大空氣流量M8能消除蜂鳴。

某型發(fā)動機加力蜂鳴的影響因素

4　測量技術

加力振蕩燃燒有時很難以人的聽覺來判斷，發(fā)動機燃燒不良時有時也發(fā)生低（中）頻隆隆噪聲。但是，振蕩燃燒可以通過測量、判讀的方法來確定，技術也不復雜。即：將振蕩燃燒指示表、經(jīng)過濾波器、壓力傳感器接到發(fā)動機排氣混合器出口靜壓測量管上，為避免壓力波傳遞的滯后，金屬管的長度規(guī)定為1米。輸入壓力傳感器的脈動壓力，經(jīng)過膜盒轉變?yōu)殡姷男盘?，送到紫外線記錄儀，在記錄紙上繪出脈動壓力波形，根據(jù)波形的頻率和振幅來鑒別故障（見圖3）。

4.1振蕩燃燒的檢查和測量

當懷疑發(fā)動機發(fā)生加力蜂鳴故障時，先進行如下工作：

（1）檢查發(fā)動機低壓壓氣機工作線和低壓渦輪出口溫度是否偏低；

（2）檢查加力燃燒室的各種調整是否準確無誤。

如檢查未發(fā)現(xiàn)問題，將振蕩燃燒指示表按圖3所示接到發(fā)動機靜壓接頭處，并接通壓力傳感器和紫外線記錄儀之間的接線，此傳感器在紫外線記錄紙上（使用寬度為28cm）對應的壓力標準范圍為0～28 磅/平方英寸。按下列開車程序進行測試：

（1）起動發(fā)動機，將油門推到最大不加力狀態(tài)；

（2）選擇加力，將油門桿拉到比出現(xiàn)振蕩燃燒蜂鳴狀態(tài)的推力低500磅位置，穩(wěn)定后用紫外線記錄儀記錄約6秒鐘，記錄紙的速度為4英寸/秒；

（3）推油門桿直到出現(xiàn)振蕩燃燒蜂鳴噪音，穩(wěn)定后進行紫外線記錄；

（4）停車，分析兩次紫外線記錄結果。

4.2振蕩燃燒的識別

4.2.1基準波形

在5.1節(jié)中，測量低于振蕩燃燒狀態(tài)的推力500磅的紫外線記錄，是用作比較基準的基準波形，便于比較振蕩燃燒出現(xiàn)前后的波形變化，以便識別振蕩燃燒波形的變化規(guī)律，其典型波形如圖4所示。

4.2.2蜂鳴波形

當聽到加力燃燒室振蕩燃燒蜂鳴噪音后，紫外線記錄紙上可以記錄下兩種波形：

（1）當加力燃燒室剛開始出現(xiàn)振蕩燃燒的蜂鳴噪聲，噪音斷續(xù)出現(xiàn)，記錄波形多變，頻率時高時低，表明已到振蕩燃燒的邊界，波形如圖5所示。

（2）當發(fā)動機出現(xiàn)劇烈振蕩燃燒蜂鳴時，從紫外線記錄紙上可以很容易地看出較整齊的頻率圖形，如圖6所示。

5　排故措施

（1）通過調節(jié)加力燃油流量調節(jié)器齒形墊圈改變凸輪箱操縱桿長度，減小加力供油量，同時檢查加力燃油流量調節(jié)器的最大止動釘間隙是否在3.43～0.38mm范圍內；

（2）檢查并調整發(fā)動機的高壓轉子轉速調整至96-98%之間，改變激起氣流脈動的原始頻率；

（3）對低壓壓氣機轉子的可見部分進行清洗，保證發(fā)動機流量；

（4）清洗加力燃燒室噴嘴；

（5）用外場測試儀檢查低壓轉子工作線和排氣溫度，必要時重調；

（6）重新調整壓比調節(jié)器；

（7）重新匹配發(fā)動機。

6　小結

從某型發(fā)動機加力蜂鳴故障的分析和測試可以看出，控制發(fā)動機加力供油量，匹配好油和氣的關系，改善加力燃燒室工作條件是控制和消除加力蜂鳴故障的基本措施，從長遠來看，在加力燃油系統(tǒng)中采用數(shù)字電調技術也是改善油氣匹配關系的措施之一。

作者簡介：陳代富（1977—），男，四川簡陽人，漢，1999年畢業(yè)于西北工業(yè)大學，主管航空裝備質量臨督。