田少政，許 松，陳 浩

航空發(fā)動機是飛機的動力裝置，其性能的好壞直接關(guān)系到飛行安全。因此保證航空發(fā)動機工作，是航空裝備維修保障中的一項重要工作。

航空發(fā)動機《維修工藝》規(guī)定：“發(fā)動機在飛機燃油放盡超過48 h，使用壽命耗盡，需要返廠修理等情況下，必須進行發(fā)動機的內(nèi)部油封；已油封過的發(fā)動機，存放時間超過三個月，必須進行啟封并重新進行發(fā)動機的油封”。因此，航空發(fā)動機綜合油封設(shè)備是航空維修保障工作中常用的設(shè)備，以此確保發(fā)動機工作正常。

為了滿足多種型號航空發(fā)動機的油封工作需要，特別是航空發(fā)動機脫離飛機狀態(tài)時（以下簡稱“離機”），解決航空發(fā)動機油封問題，研制了發(fā)動機綜合油封設(shè)備，可以有效地對15個型號30種發(fā)動機進行內(nèi)部油封。

1 功用和技術(shù)指標

1.1 功用

航空發(fā)動機綜合油封設(shè)備能夠完成四大系列15種型號30類航空發(fā)動機的油封。即航空發(fā)動機離機狀態(tài)下，使用脫水后的航空滑油，在航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，對航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)進行內(nèi)部油封。

1.2 技術(shù)指標

電壓：380 V/50 Hz

輸入功率：8 000 W

數(shù)據(jù)采集和輸出周期：10 ms

模數(shù)轉(zhuǎn)換精度：12 bit

轉(zhuǎn)換周期：30 ms

MTBF≥1 000 h

MTTR≤0.5 h

2 基本組成和工作原理

2.1 基本組成

發(fā)動機綜合油封設(shè)備主要包括油封控制臺、滑油脫水供給裝置、油液供給裝置、動力配電裝置和油封備件柜五大部分，如圖1所示。

圖1 發(fā)動機綜合油封設(shè)備的組成框圖

2.1.1 油封控制臺

油封控制臺是發(fā)動機綜合油封設(shè)備的控制中樞，它主要由發(fā)動機主控系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及機體等組成。

（1）發(fā)動機主控系統(tǒng)

發(fā)動機主控系統(tǒng)由主控計算機和接口電路裝置組成。主控計算機是發(fā)動機主控系統(tǒng)的重要設(shè)備，它控制整個航空發(fā)動機綜合油封的運行；接口電路裝置由輸入、輸出板，模數(shù)轉(zhuǎn)換板，功能擴展板等組成。在研制過程中為使系統(tǒng)具有較強的擴充性，系統(tǒng)選用KJRACK—3050型工業(yè)控制計算機，它提供16個ISA和6個PCI插槽，集成100M網(wǎng)絡適配器，具有較強的抗干擾能力，可靠性高，維修性好。

（2）信號采集系統(tǒng)

信號采集系統(tǒng)由信號采集模塊和信號采集電路組成。在離機狀態(tài)下，對發(fā)動機進行起動控制時，信號采集是發(fā)動機綜合油封設(shè)備的關(guān)鍵。為此，選用美國5B系列信號模塊。5B系列模塊能夠?qū)Χ喾N信號（電壓、電流、熱電阻、熱電偶、頻率等）進行全面的采集。例如在對溫度模塊選擇時，充分考慮發(fā)動機溫度信號的靈敏度和準確性，選擇了熱電偶式的5B37-K-02模塊；在對發(fā)動機轉(zhuǎn)速模塊選擇時，充分考慮發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號的精度，選擇了5B45-02模塊，該模塊的采集精度可達到萬分之五。

2.1.2 滑油脫水供油裝置

滑油脫水供油裝置采用反應釜加熱方式進行加熱。采用這種加熱方式進行脫水處理，有兩個優(yōu)點：一是加熱效率明顯提高；二是反應釜加熱方式的導熱油不和滑油直接接觸，從而保證了油封油液的質(zhì)量，且滑油無污染和碳化。

2.1.3 油液供給裝置

油液供給裝置為獨立的移動箱體，主要由儲油箱、轉(zhuǎn)接頭和各種油管組成。

2.1.4 動力配電裝置

動力裝置為一個獨立的箱體，主要由輸入電源、輸出電源和控制柜組成。

2.1.5 油封備件柜

油封備件柜為一個獨立的箱體，主要由轉(zhuǎn)接頭和油管組成。

2.2 工作原理

發(fā)動機綜合油封設(shè)備的基本工作原理是：在離機狀態(tài)下，發(fā)動機固定在專用油封臺上，利用油封控制裝置控制發(fā)動機工作，從而實現(xiàn)發(fā)動機的“冷運轉(zhuǎn)”（航空發(fā)動機的一種工作方式），將經(jīng)過滑油脫水裝置處理后的航空滑油注入到航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)的內(nèi)表面，從而完成了航空發(fā)動機的油封。

航空發(fā)動機綜合油封設(shè)備的基本工作原理如圖2所示。

圖2 發(fā)動機綜合油封設(shè)備的基本工作原理

3 主要技術(shù)難點及解決辦法

發(fā)動機綜合油封設(shè)備在研制過程中，面臨的主要技術(shù)難題是發(fā)動機地面起動模型的建立問題。要實現(xiàn)發(fā)動機的起動控制，需要建立發(fā)動機的地面起動模型。

通過對起動系統(tǒng)及起動過程進行分析，得到渦扇發(fā)動機起動過程數(shù)學模型的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖可以看出，在起動過程中，起動機、發(fā)動機、點火系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和負載系統(tǒng)等相互配合工作，協(xié)同完成不同大氣條件下的起動任務。

圖3 發(fā)動機起動模型的結(jié)構(gòu)簡圖

當考慮發(fā)動機轉(zhuǎn)子的慣性時，得到發(fā)動機轉(zhuǎn)速兩個狀態(tài)變量；增加渦輪排氣溫度這一狀態(tài)變量，但實際對其測量比較困難，根據(jù)試驗后可增加渦輪后燃氣溫度作為第三個狀態(tài)變量。事實上，采用渦輪后燃氣溫度作為狀態(tài)變量在某種程度上還相當于考慮了渦輪部件的熱損失，從這種意義上講是非常合理的。由此分析，假設(shè)起動系統(tǒng)工作正常，起動過程中不進行幾何調(diào)節(jié)，則得到離散形式的非線性起動模型如下：

式（1）、（2）中：v（k） ＝[n（Lk），nH（k）（k）]T為起動過程的狀態(tài)向量；輸出向量可以包括下列參數(shù)：高、低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，渦輪前、后燃氣溫度，發(fā)動機空氣流量，高壓壓氣機增壓比、喘振裕度，風扇壓比，涵道比，等等。對于這個狀態(tài)空間模型，如果取輸出向量與狀態(tài)向量的元素相同，則得到以發(fā)動機轉(zhuǎn)速和渦輪排氣溫度為輸出量的起動模型。

從發(fā)動機的工作原理來看，在起動過程中，在給定的大氣條件且發(fā)動機幾何不進行調(diào)節(jié)的情況下，如果發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和渦輪后燃氣溫度值是確定的，那么發(fā)動機的工作狀態(tài)也就基本上確定，因此本文提出采用式來描述發(fā)動機的起動過程模型是比較合理的。這一結(jié)論也將在后續(xù)的應用研究中得到證實。

4 結(jié)束語

發(fā)動機綜合油封設(shè)備是針對渦噴發(fā)動機、渦漿發(fā)動機、渦軸發(fā)動機、活塞發(fā)動機和渦輪起動機五大系列發(fā)動機的內(nèi)部油封而設(shè)計的。該設(shè)備實現(xiàn)了油封設(shè)備的高度集成化，人機界面友好，操作簡便。該設(shè)備是目前國內(nèi)唯一的綜合化程度高，智能化程度高，安全系數(shù)高，可靠性高，操作簡便的發(fā)動機油封設(shè)備，完全能夠滿足發(fā)動機油封操作要求，保證油封質(zhì)量，提高油封效益。

[1]成大光.機械設(shè)計手冊第一，二，三，五卷[M].3版.北京：化工工業(yè)出版社，1995.

[2]徐龍祥，歐陽祖行.機械設(shè)計[M].北京.航空工業(yè)出版社，1990：85-144.

[3]國家軍用標準（裝備研究與生產(chǎn)的可靠性通用大綱）實施指南[S].北京：辦法軍事技術(shù)裝備可靠性標準化技術(shù)委員會，1990.