李 楊 韋周慶 馬寅月

（1.海軍裝備部駐沈陽(yáng)地區(qū)第二軍事代表室，遼寧 沈陽(yáng) 110043； 2.中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1 故障概況

某型01 號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，地面試車及飛行時(shí)均存在單一N1轉(zhuǎn)速擺動(dòng)情況，擺動(dòng)量超標(biāo)。

后續(xù)使用過(guò)程再次發(fā)現(xiàn)08 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)N1轉(zhuǎn)速擺動(dòng)問(wèn)題，N1擺動(dòng)幅度較大，個(gè)別點(diǎn)存在擺動(dòng)量超標(biāo)問(wèn)題，其他參數(shù)無(wú)異常。

2 轉(zhuǎn)速測(cè)量原理

航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況的一個(gè)重要參數(shù)，它的轉(zhuǎn)速反映了發(fā)動(dòng)機(jī)控制干流的調(diào)節(jié)品質(zhì)及發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的匹配情況，航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò)機(jī)載的轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測(cè)量[2]，其測(cè)量的基本原理是：先由傳感器將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成頻率信號(hào)，再通過(guò)測(cè)量信號(hào)的頻率或周期來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示，當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪（導(dǎo)磁體）跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器的齒輪依次通過(guò)磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成比例的交流電壓信號(hào)，通過(guò)測(cè)量模塊顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值[2]，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況非常復(fù)雜，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際使用中均容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)現(xiàn)象[3]。

圖1 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器示意圖

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速共有2 種轉(zhuǎn)速傳感器：感應(yīng)式及頻率式，去往飛機(jī)座艙的指示儀表信號(hào)由感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器的靜子繞組中感應(yīng)出三相電壓，其頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。去往飛參和綜調(diào)的信號(hào)由頻率式傳感器產(chǎn)生，當(dāng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)主軸上的測(cè)速齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一個(gè)齒接近傳感器的端面，傳感器的線圈中產(chǎn)生的正弦電勢(shì)信號(hào)，其頻率與通過(guò)傳感器端面的齒數(shù)頻率對(duì)應(yīng)，即與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)。

轉(zhuǎn)速傳感器定子繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)為：

e=Wc·Bx·l·v

式中：

e—測(cè)速發(fā)電機(jī)定子繞組感應(yīng)電勢(shì)，單位V。

Wc—單相定子繞組匝數(shù)。

Bx—測(cè)速發(fā)電機(jī)內(nèi)磁感強(qiáng)度，單位T。

l—測(cè)速發(fā)電機(jī)定子繞組有效長(zhǎng)度，單位m。

v—測(cè)速發(fā)電機(jī)定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的線速度，單位m/s。

轉(zhuǎn)速傳感器輸出電勢(shì)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖2 所示。

圖2 轉(zhuǎn)速傳感器接負(fù)載時(shí)輸出特性

轉(zhuǎn)速傳感器輸出電勢(shì)頻率U（單位V）和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N（單位rpm）成正比，發(fā)電機(jī)輸出電勢(shì)在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，隨轉(zhuǎn)速的升高近似成線性關(guān)系，隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步升高，增長(zhǎng)曲線逐步變緩，到最高轉(zhuǎn)速時(shí)趨于平穩(wěn)[4]。

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)抵押轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N1和高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N2經(jīng)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量后，N2轉(zhuǎn)速用飛機(jī)座艙中的指示表目視檢查，座艙中“監(jiān)視與警告”系統(tǒng)的信號(hào)裝置顯示有N1極限值的信息，同時(shí)送出語(yǔ)音指令。N1信號(hào)送入進(jìn)氣道自動(dòng)調(diào)節(jié)器、綜合電子調(diào)節(jié)器及飛參記錄系統(tǒng)中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)地面檢查臺(tái)的指示目視檢查N1和N2。

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載的3 支轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量信號(hào)分別通往數(shù)采、綜調(diào)及飛參，其中一路輸出信號(hào)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電纜插頭XC3 輸出至測(cè)量模塊進(jìn)入數(shù)采系統(tǒng)顯示，另外一路輸出信號(hào)經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)電纜插頭XC4 連接綜合電子調(diào)節(jié)器，進(jìn)入綜調(diào)最終再引入數(shù)采顯示，最后一路輸出信號(hào)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電纜插頭XC2 進(jìn)入飛參系統(tǒng)，最終再引入數(shù)采顯示。

3 故障排查

3.1 01號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)排查情況

01 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)接地面檢查儀進(jìn)行地面試車，發(fā)現(xiàn)地面檢查儀N1轉(zhuǎn)速無(wú)擺動(dòng)現(xiàn)象。

清洗發(fā)動(dòng)機(jī)接線盒插頭及N1傳感器至發(fā)動(dòng)機(jī)接線盒之間線路的轉(zhuǎn)接插頭，地面試車，故障再現(xiàn)，擺動(dòng)量超標(biāo)。

更換全部3 支N1轉(zhuǎn)速傳感器后地面試車，故障再現(xiàn)，擺動(dòng)量依然超標(biāo)。

測(cè)量N1轉(zhuǎn)速傳感器阻值良好，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)接線盒插頭至N1轉(zhuǎn)速傳感器之間線路絕緣性良好，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)至采集器間線路良好。

其間共更換多個(gè)采集器，進(jìn)行地面試車故障均再現(xiàn)。

將3 個(gè)N1轉(zhuǎn)速傳感器互換安裝位置后進(jìn)行地面試車，故障再現(xiàn)。

將發(fā)動(dòng)機(jī)接線盒插頭直接引線至采集器，不使用相關(guān)飛機(jī)線路，進(jìn)行地面試車，故障再現(xiàn)。

更換測(cè)速組件，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)接線盒插頭至轉(zhuǎn)速傳感器之間線路絕緣性良好，轉(zhuǎn)速傳感器插頭插拔力良好，進(jìn)行地面試車，故障再現(xiàn)。

經(jīng)研究決定發(fā)動(dòng)機(jī)裝回原有測(cè)速組件及轉(zhuǎn)速傳感器，進(jìn)行原狀態(tài)驗(yàn)證試車，試車時(shí)發(fā)現(xiàn)N1轉(zhuǎn)速正常，驗(yàn)證試車后發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大組件分解，分解前對(duì)N1線束及主電纜導(dǎo)通及絕緣性進(jìn)行檢查，無(wú)異常；分解過(guò)程中對(duì)N1轉(zhuǎn)速相關(guān)傳動(dòng)件進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。將N1線束及N1轉(zhuǎn)速傳感器更換新品，01 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)N1擺動(dòng)量合格。

3.2 08號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)排查情況

08 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)試車過(guò)程中全程單一N1參數(shù)擺動(dòng)超標(biāo)，為了解決故障，將發(fā)動(dòng)機(jī)3 支轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行順時(shí)針串裝，并且更換采集器，地面試車N1擺動(dòng)問(wèn)題再現(xiàn)。

為了徹底排除N1轉(zhuǎn)速傳感器故障，對(duì)N1監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)電纜插頭進(jìn)行清洗，檢查相關(guān)電纜絕緣性及導(dǎo)通性，未發(fā)現(xiàn)異常。將前期N1參數(shù)基本無(wú)擺動(dòng)的11 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的N1轉(zhuǎn)速傳感器及采集器串安裝在08 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上，地面試車N1擺動(dòng)問(wèn)題再現(xiàn)。

為了排除系統(tǒng)線路問(wèn)題，外接引線送往采集器，地面試車N1擺動(dòng)問(wèn)題再現(xiàn)。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)查情況

針對(duì)N1轉(zhuǎn)速擺動(dòng)問(wèn)題，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)有多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)存在與08 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)N1轉(zhuǎn)速擺動(dòng)超標(biāo)類似情況。

3.4 信號(hào)線路屏蔽與接地

所用信號(hào)傳輸線纜均選用某電纜廠生產(chǎn)的雙絞屏蔽線，采取單端接地方式。

4 檢查驗(yàn)證工作

針對(duì)該問(wèn)題結(jié)合廠內(nèi)及實(shí)際使用情況，組織相關(guān)專家到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行以下檢查驗(yàn)證工作：對(duì)N1監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)插頭進(jìn)行清洗，檢查相關(guān)電纜絕緣性無(wú)異常。更換采集器、N1轉(zhuǎn)速傳感器，擺動(dòng)問(wèn)題依然存在。將飛機(jī)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)連接的插頭終端，外接引線送往飛參采集器，擺動(dòng)問(wèn)題依然存在。對(duì)廠內(nèi)多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)存在與08 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)N1轉(zhuǎn)速單一參數(shù)擺動(dòng)超標(biāo)的類似情況。對(duì)在出現(xiàn)N1轉(zhuǎn)速單一參數(shù)擺動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和隨機(jī)選取的其他臺(tái)架試車顯示參數(shù)進(jìn)行復(fù)查，擺動(dòng)量均合格。飛機(jī)更換擺動(dòng)量未超標(biāo)的發(fā)動(dòng)機(jī)，擺動(dòng)量依然存在，處于合格范圍內(nèi)。將08 號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)返廠在臺(tái)架進(jìn)行試車驗(yàn)證，擺動(dòng)量合格。

5 結(jié)論

航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用保持渦輪膨脹比不變、噴口最小截面積、低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N1，并限制高壓轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)油門(mén)桿角度不變時(shí)，通過(guò)主燃油泵調(diào)節(jié)器的等壓差活門(mén)開(kāi)環(huán)供油調(diào)節(jié)N1和離心式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器閉環(huán)調(diào)節(jié)保持N1不變。其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)品質(zhì)可通過(guò)N1的擺動(dòng)量來(lái)衡量。在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用過(guò)程中，由于供油系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)誤差，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)精度的原因，允許轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作產(chǎn)生影響，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)量超過(guò)規(guī)定范圍時(shí)，容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)振動(dòng)值超過(guò)規(guī)定值，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)機(jī)件，同時(shí)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)控制規(guī)律紊亂，影響飛行員判斷，進(jìn)而危及飛行安全。導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)的原因很多，但通常把由指示系統(tǒng)及電磁干擾造成的擺動(dòng)稱為假擺動(dòng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件故障或者調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障引起的擺動(dòng)稱為真實(shí)擺動(dòng)[1]。

各相關(guān)單位就N1轉(zhuǎn)速單一參數(shù)擺動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行專題研討，認(rèn)為該航空發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，N2、T6、a1均未出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，未出現(xiàn)推力脈動(dòng)現(xiàn)象，可以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定，N1轉(zhuǎn)速非真實(shí)擺動(dòng)，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用。