劉明春+岳洋+李華喬

摘 要：文章以某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其控制系統(tǒng)超轉(zhuǎn)保護(hù)功能試驗(yàn)方案展開(kāi)研究。提出一種有別于傳統(tǒng)丟失負(fù)載方法，并且使渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪發(fā)生真實(shí)超轉(zhuǎn)的方案，即斷開(kāi)負(fù)載桿給電子控制器的負(fù)載前饋信號(hào)，快速下拉負(fù)載桿使得動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速快速上升的方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)力渦輪超轉(zhuǎn)。并且在不同狀態(tài)進(jìn)行了超轉(zhuǎn)保護(hù)功能試驗(yàn)驗(yàn)證，為該發(fā)動(dòng)機(jī)的定型提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)；試驗(yàn)方案；控制系統(tǒng)；超轉(zhuǎn)保護(hù)功能

中圖分類號(hào)：V233 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）31-0078-02

渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)作為直升機(jī)的動(dòng)力裝置，通過(guò)動(dòng)力渦輪軸、動(dòng)力傳動(dòng)軸、主減速器內(nèi)的離合器、減速齒輪將動(dòng)力傳給旋翼，傳動(dòng)軸系復(fù)雜，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪出現(xiàn)異常，導(dǎo)致動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速瞬間急劇上升，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)必須及時(shí)觸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪超轉(zhuǎn)保護(hù)功能以防止動(dòng)力渦輪超轉(zhuǎn)破裂，避免發(fā)生飛行安全事故。因此渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)需要在動(dòng)力渦輪發(fā)生真實(shí)超轉(zhuǎn)的情況下驗(yàn)證其控制系統(tǒng)動(dòng)力渦輪超轉(zhuǎn)保護(hù)功能是否滿足設(shè)計(jì)要求[1-3]。

本文針對(duì)某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展控制系統(tǒng)動(dòng)力渦輪超轉(zhuǎn)保護(hù)功能試驗(yàn)方法研究。提出一種有別于傳統(tǒng)丟失負(fù)載方法，并且使渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪發(fā)生真實(shí)超轉(zhuǎn)的方案。

1 問(wèn)題分析及方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)在大多數(shù)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是數(shù)字電子式，數(shù)字電子式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)一般要求具有獨(dú)立的低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超轉(zhuǎn)保護(hù)裝置。獨(dú)立超轉(zhuǎn)保護(hù)裝置一般采用雙通道結(jié)構(gòu)，每個(gè)通道具有相同的硬件，輸入輸出信號(hào)也一樣。獨(dú)立超轉(zhuǎn)保護(hù)裝置主要由CPU系統(tǒng)電路、信號(hào)調(diào)理電路、輸出控制電路及電源電路組成。

渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用直接切斷發(fā)動(dòng)機(jī)和功率吸收裝置之間的傳動(dòng)軸的方式，使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力渦輪達(dá)到發(fā)生真實(shí)超轉(zhuǎn)的目的，從而考核動(dòng)力渦輪超轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)的功能。由于切削時(shí)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速很高，切斷后擺動(dòng)很大，會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸組件和測(cè)功器，并且在斷軸后，動(dòng)力渦輪失去負(fù)載，其轉(zhuǎn)速無(wú)法得到有效控制，試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)比較大。

典型的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)控制規(guī)律為，通過(guò)調(diào)節(jié)燃油流量，保持動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速np為常數(shù)。在地面臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，由控制系統(tǒng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油量以及測(cè)功器控制負(fù)載兩方面來(lái)保持np為常數(shù)。在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速試驗(yàn)時(shí)，負(fù)載桿快速下拉，測(cè)功器卸載，控制系統(tǒng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)減油，但是二者之間的時(shí)間差會(huì)引起動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速np超調(diào)。基于上述原因，負(fù)載桿會(huì)給電子控制器負(fù)載前饋信號(hào)，來(lái)減小np超調(diào)。如果可以利用np超調(diào)，將會(huì)得到動(dòng)力渦輪的真實(shí)超轉(zhuǎn)。綜上，在滿足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯?，結(jié)合試驗(yàn)成本和試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，本文提出另外一種使渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪真實(shí)超轉(zhuǎn)方法的探索。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用了斷開(kāi)負(fù)載桿給電子控制器的負(fù)載前饋信號(hào)（即“水門(mén)開(kāi)度信號(hào)”/負(fù)載桿“CLP信號(hào)”），在發(fā)動(dòng)機(jī)Tt45=T1，T2，T3狀態(tài)下（T1

試驗(yàn)步驟如下：

（1）起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到ng=87%，進(jìn)行控制系統(tǒng)超轉(zhuǎn)保護(hù)功能檢查試驗(yàn)。

（2）上推發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)至Tt45為T(mén)1，穩(wěn)定運(yùn)行3min。

（3）0.5s內(nèi)下拉負(fù)載桿減速到空慢狀態(tài)。

（4）上推發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)至Tt45為T(mén)2，穩(wěn)定運(yùn)行3min。

（5）0.5s內(nèi)下拉負(fù)載桿減速到空慢狀態(tài)。

（6）上推發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)至Tt45為T(mén)3，穩(wěn)定運(yùn)行3min。

（7）0.5s內(nèi)下拉負(fù)載桿減速到空慢狀態(tài)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

上推發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)至Tt45=T1，0.5s內(nèi)下拉負(fù)載桿到空慢，數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)如圖1所示。由圖可見(jiàn)np上升速率逐漸降低，該次減速過(guò)程中np最大值為115.175%，靠近但并未達(dá)到控制器設(shè)置的超轉(zhuǎn)保護(hù)值116%，并未達(dá)到超轉(zhuǎn)保護(hù)的閾值，并未發(fā)生真實(shí)的超轉(zhuǎn)保護(hù)。

上推發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)至Tt45=T2，下拉負(fù)載桿減速到空慢，試驗(yàn)情況如圖2所示。圖2（a）為車臺(tái)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線，圖2（b）為放大了超調(diào)部分的曲線。數(shù)控測(cè)到的np最大超調(diào)量115.886%，拉桿后1.2s，np=115.816%時(shí)刻超轉(zhuǎn)放油閥接通0.1s。車臺(tái)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，np轉(zhuǎn)速最大值116.35%時(shí)刻切斷燃油，持續(xù)0.2s。np=115.1%時(shí)（小于超轉(zhuǎn)保護(hù)值116%）恢復(fù)供油。且np逐漸穩(wěn)定在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，np穩(wěn)定時(shí)間10.6s。np超轉(zhuǎn)保護(hù)控制精度為116%±1%，控制精度在此范圍內(nèi)。

上推發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)至Tt45=T3，下拉負(fù)載桿減速到空慢，試驗(yàn)情況如圖3所示。車臺(tái)動(dòng)態(tài)測(cè)量的數(shù)據(jù)顯示，np=116.34%峰值時(shí)刻，燃油切斷，斷油時(shí)間持續(xù)0.17s。np=115.1%時(shí)（小于超轉(zhuǎn)保護(hù)值116%）恢復(fù)供油。且np逐漸穩(wěn)定在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速110%，np穩(wěn)定時(shí)間11.4s。

由表1可知，發(fā)生超轉(zhuǎn)時(shí)刻np最大值npmax的值，車臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)比數(shù)控系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)值高約0.46%-0.53%（96-108rpm） ，由于數(shù)控系統(tǒng)的采樣周期為0.1s，低于車臺(tái)的采樣周期0.001s，所以車臺(tái)測(cè)到的峰值時(shí)刻值要稍大一些；np的最小值npmin值同理。

在發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)T2減速到空慢時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)顯示，在np達(dá)到最大轉(zhuǎn)速值前0.1s-0.2s時(shí)刻，超轉(zhuǎn)電磁閥接通。車臺(tái)測(cè)試的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示，在np到達(dá)峰值時(shí)刻，切斷燃油，切斷時(shí)間持續(xù)0.2s。超轉(zhuǎn)保護(hù)功能正常，超轉(zhuǎn)保護(hù)精度滿足超轉(zhuǎn)保護(hù)值116%±1%的要求。

在發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)T3減速到空慢時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)界面超轉(zhuǎn)電磁閥接通指示沒(méi)有亮，主要是因?yàn)殡娮涌刂破鞯牟杉芷?00ms，由于斷油時(shí)間太短數(shù)控系統(tǒng)并未顯示出該信號(hào)。由動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，實(shí)際發(fā)生斷油的時(shí)間為170ms，實(shí)際上發(fā)生了超轉(zhuǎn)保護(hù)，超轉(zhuǎn)放油閥的超轉(zhuǎn)保護(hù)功能正常且滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）本文得到的改進(jìn)方案可使渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪真實(shí)超轉(zhuǎn)，并使試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和試驗(yàn)成本得到了有效的降低。

（2）使用斷開(kāi)負(fù)載前饋信號(hào)，快速下拉負(fù)載桿的方法成功的完成了某渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)力渦輪超轉(zhuǎn)保護(hù)試驗(yàn)，為該型發(fā)動(dòng)機(jī)的定型提供了依據(jù)。

（3）負(fù)載桿下拉前的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速越高，Tt45越高，負(fù)載桿下拉后動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速超調(diào)越大，越容易實(shí)現(xiàn)超轉(zhuǎn)，np超調(diào)后到恢復(fù)平穩(wěn)所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。

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