某型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度激勵(lì)信號(hào)研究

李曉明，馮志書，蔡忠春

（空軍航空大學(xué)航空機(jī)械工程系，吉林長(zhǎng)春130022）

隨著裝備復(fù)雜程度的提高，快速準(zhǔn)確地判斷、隔離故障，就成了平時(shí)排除故障，戰(zhàn)時(shí)實(shí)施戰(zhàn)場(chǎng)快速搶修，使裝備迅速恢復(fù)技術(shù)狀態(tài)與戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵所在。與主裝備協(xié)調(diào)配套的多功能檢測(cè)設(shè)備與診斷儀器的研制與開發(fā)，既可縮短排除故障的時(shí)間，也是使維修制度從預(yù)防維修，向定時(shí)檢測(cè)與視情維修結(jié)合方式過渡的前提。這就要求部隊(duì)院校和科研單位加強(qiáng)技術(shù)保障裝備的研究，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于技術(shù)保障裝備中，不斷提高保障水平、保障效率和經(jīng)濟(jì)效益，最終目的是提高裝備技術(shù)保障的現(xiàn)實(shí)能力。

基于這個(gè)思想，我們開展了對(duì)某型攻擊機(jī)的地面保障裝備的研究。本文介紹的是這個(gè)地面保障裝備中發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度激勵(lì)信號(hào)的研究。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度的激勵(lì)信號(hào)

溫度激勵(lì)就是由地面保障裝備產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，送入發(fā)動(dòng)機(jī)模擬熱電偶熱電勢(shì)。某型發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制放大器的功用，是通過感受發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度，來提供控制防喘調(diào)節(jié)器，進(jìn)而控制高壓壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片IGV角度的信號(hào)。因此，如果想要在發(fā)動(dòng)機(jī)停車狀態(tài)下，判斷溫度控制放大器的性能好壞，就需要由地面保障裝備產(chǎn)生線性、可調(diào)、穩(wěn)定、并且具有一定輸出功率的毫伏激勵(lì)信號(hào)，來模擬發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度。

雖然感受該型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度的熱電偶，是鎳鉻-鎳鋁熱電偶，但由于從高壓壓氣機(jī)第12級(jí)來的氣流通過引射裝置時(shí)，引導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣穿過文氏管，使熱電偶接點(diǎn)處的氣流速度為音速，熱電偶接點(diǎn)測(cè)量的是運(yùn)動(dòng)著的空氣流溫度，所以熱電偶測(cè)得的溫度值，與靜止空氣中同樣熱電偶測(cè)得的溫度值按固定百分比降低，音速校正系數(shù)為1.028，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的熱電偶分度表可知，-77～207℃的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度范圍，需要模擬的熱電勢(shì)是-2.95～7.85 mV。

因此，溫度激勵(lì)對(duì)于激勵(lì)信號(hào)的要求是，可調(diào)端在零位時(shí)輸出電壓范圍在-3.5～-2.5 mV之間；可調(diào)端調(diào)至整個(gè)行程的30%位置時(shí)，輸出電壓范圍在-0.5～0.5 mV之間；可調(diào)端調(diào)至最大位置時(shí)，輸出電壓范圍在7.5～8.5 mV之間。由于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度激勵(lì)既需要模擬正溫，又需要模擬負(fù)溫，所以毫伏激勵(lì)信號(hào)既需要產(chǎn)生正電壓，又需要產(chǎn)生負(fù)電壓。目前，市面上找不到符合這一要求的可調(diào)mV電壓源，這就要求我們要自主設(shè)計(jì)正負(fù)可調(diào)的mV激勵(lì)信號(hào)。

2 激勵(lì)電路設(shè)計(jì)

本文最終采取的方法，是利用三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器LM117設(shè)計(jì)正負(fù)可調(diào)的mV電壓源。

2.1 LM 117使用方法

LM117三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器是美國National公司產(chǎn)品，3個(gè)端子分別為輸入端、輸出端和調(diào)整端，集調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓、采樣和保護(hù)電路于一體，具有過流、過熱保護(hù)和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)功能，基準(zhǔn)電壓1.25 V，電壓輸出范圍1.25～37 V。LM117的簡(jiǎn)單應(yīng)用電路如圖1所示，輸出電壓表達(dá)式為

式中，

1.25V——可調(diào)集成穩(wěn)壓器基準(zhǔn)電壓；

IADJ——可調(diào)集成穩(wěn)壓器調(diào)整端電流。

可調(diào)集成穩(wěn)壓器的調(diào)整端電流約為50 μA，在Rx較小時(shí)，通常忽略不計(jì)。R1取值最大為250 Ω，當(dāng)R1確定之后，輸出電壓U0可以通過Rx來調(diào)整。

圖1 LM 117應(yīng)用電路

2.2 正負(fù)可調(diào)m V源設(shè)計(jì)

正負(fù)可調(diào)mV源的設(shè)計(jì)思想是采用兩個(gè)LM117分別設(shè)計(jì)兩個(gè)電壓源（如圖2所示），一個(gè)作為可調(diào)電壓源產(chǎn)生調(diào)整電壓，一個(gè)作為基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生比較電壓，可調(diào)電壓與比較電壓相減，就可產(chǎn)生一個(gè)正負(fù)可調(diào)的電壓源，這個(gè)電壓源再通過分壓電阻分壓，就能在負(fù)載兩端產(chǎn)生滿足實(shí)際需要的正負(fù)可調(diào)激勵(lì)信號(hào)。

DC-DC變換器的目的，是將本系統(tǒng)的地與激勵(lì)電路的地隔離，因?yàn)榧?lì)電路直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，隔離能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全。C1為消振電容，C2和C3為減小輸出波紋電壓的濾波電容，R5是分壓電阻。

在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，可調(diào)電壓源和基準(zhǔn)電壓源輸出電壓較低的一方，工作不正常，分析原因是由于調(diào)整端和比較端加在負(fù)載上產(chǎn)生的電流流向電壓較低的方向，造成可調(diào)電壓源或基準(zhǔn)電壓源受灌電流影響輸出不正常。解決的辦法是調(diào)整端和比較端分別加分流電阻R3和R4。

圖2 正負(fù)可調(diào)毫伏源

3 激勵(lì)電路計(jì)算

根據(jù)前面對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度激勵(lì)信號(hào)的要求，R1和R2選擇250 Ω電阻，Rx作為可調(diào)端選擇1 kΩ電位計(jì)。由于可調(diào)端調(diào)至整個(gè)行程的30%位置時(shí)，輸出電壓范圍在0 mV左右，所以比較端電阻Ry取300 Ω，根據(jù)式（1），比較端電壓

U比=1.25×(1+300/250)=2.75 V

當(dāng)可調(diào)端Rx為0 Ω時(shí)，調(diào)整端電壓

U調(diào)=1.25×(1+0/250)=1.25 V

當(dāng)可調(diào)端Rx為1 kΩ時(shí)，調(diào)整端電壓為

U調(diào)=1.25×(1+1000/250)=6.25 V

激勵(lì)電路輸出可調(diào)激勵(lì)信號(hào)U可調(diào)，等于調(diào)整端電壓減去比較端電壓，所以U可調(diào)范圍在-1.5～3.5 V之間。接下來需要利用分壓電阻R5進(jìn)行分壓，T1熱電偶阻值是4 Ω，根據(jù)下式可以確定分壓電阻R5的阻值范圍

當(dāng)可調(diào)端調(diào)整至最大位置時(shí)，U可調(diào)為3.5 V，此時(shí)，要求U激勵(lì)在7.5～8.5 mV之間，根據(jù)式（2）可以計(jì)算出R5阻值范圍是1 651～1 863 Ω；當(dāng)可調(diào)端調(diào)整至最小位置時(shí)，U可調(diào)為-1.5 V，此時(shí)，要求 U激勵(lì)在 -3.5～ -2.5 mV 之間，根據(jù)式（2）可以計(jì)算出R5阻值范圍是1 718～2 404 Ω。于是，可以得出結(jié)論，R5的阻值范圍在1 718～1 863 Ω之間，最終R5的阻值選擇為1.8 kΩ。

接下來確定分流電阻R3和R4的阻值。當(dāng)調(diào)整端電壓大于比較端電壓時(shí)，分流電阻R4起作用，利用下式可以確定R4的阻值

式（3）中比較端電壓為固定值2.75 V，當(dāng)調(diào)整端電壓為最大值6.25 V時(shí)，得到R4可選的最大阻值約為1.4 kΩ，根據(jù)調(diào)試效果最終選擇R4為500 Ω。當(dāng)調(diào)整端電壓小于比較端電壓時(shí)，分流電阻R3起作用，利用下式可以確定R3的阻值

式（4）中比較端電壓為固定值2.75 V，當(dāng)調(diào)整端電壓為最小值1.25 V時(shí)，得到R3可選的最大阻值約為1.5 kΩ，根據(jù)調(diào)試效果最終選擇R3也為500 Ω。

4 激勵(lì)電路實(shí)驗(yàn)

對(duì)溫度激勵(lì)電路的實(shí)驗(yàn)，主要是觀察幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)激勵(lì)信號(hào)是否在規(guī)定范圍內(nèi)，如果超出范圍，有可能損壞被激勵(lì)部件。溫度激勵(lì)電路實(shí)驗(yàn)的具體方法是：在調(diào)整端和比較端接4 Ω精密電阻模擬熱電偶阻值，通過旋轉(zhuǎn)電位計(jì)改變調(diào)整端電壓，利用萬用表測(cè)量精密電阻兩端電壓。當(dāng)電位計(jì)在零位時(shí)，萬用表讀數(shù)在-3.5～-2.5 mV之間；當(dāng)電位計(jì)調(diào)到30%位置時(shí)，萬用表讀數(shù)在-0.5～0.5 mV之間；當(dāng)電位計(jì)調(diào)到最大位置時(shí)，萬用表讀數(shù)在7.5～8.5 mV之間，如果讀數(shù)均在上述范圍，則說明溫度激勵(lì)電路滿足使用要求。利用上述方法，對(duì)溫度激勵(lì)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，均滿足使用要求，最終得出結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的溫度激勵(lì)電路切實(shí)可行。

5 結(jié)束語

本文在技術(shù)裝備保障的研究方面，做了有益的工作。應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究了某型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度激勵(lì)信號(hào)，為該型發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析、故障診斷和視情維修提供科學(xué)依據(jù)，解決了性能檢測(cè)系統(tǒng)影響某型飛機(jī)戰(zhàn)斗力形成這一問題，顯著提升了該型飛機(jī)的技術(shù)保障能力。

[1]張東壁.熱電效應(yīng)和熱電偶[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2000，9（5）：30-32.

[2]國家半導(dǎo)體公司.可調(diào)三端穩(wěn)壓器[J].電子質(zhì)量，2000，（6）：8-10.

[3]秦曾煌.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999.