某發(fā)動機(jī)燃油調(diào)節(jié)器高空供油特性調(diào)整研究

顧雪波

（駐一一三廠軍事代表室，陜西西安710077）

0 引言

根據(jù)飛機(jī)的飛行技術(shù)要求和發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)，在不同的飛行條件和飛行高度下，某型渦扇發(fā)動機(jī)選用了發(fā)動機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速作為控制參數(shù)，它是通過燃油自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的燃油流量調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來保證的。燃油流量調(diào)節(jié)器保證發(fā)動機(jī)油門桿置與燃油供油量相互對應(yīng)，根據(jù)工作狀態(tài)保證必要的燃油流量，并根據(jù)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的總壓修正流量；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器保證發(fā)動機(jī)油門桿置與高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相互對應(yīng)，在飛行條件變化時，發(fā)動機(jī)的每一個工作狀態(tài)都不允許高壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過規(guī)定值。

該發(fā)動機(jī)在外場出現(xiàn)高空轉(zhuǎn)速低于規(guī)定值的問題，為了分析該問題產(chǎn)生的機(jī)理，摸清燃油調(diào)節(jié)器的流量調(diào)整釘對高空供油特性的影響，本文對該型燃油調(diào)節(jié)器的三個主要流量調(diào)整釘?shù)恼{(diào)節(jié)過程與高空供油特性進(jìn)行了研究，根據(jù)研究結(jié)果提出調(diào)整方法，為外場使用中的調(diào)整提供理論和技術(shù)依據(jù)，延長燃油調(diào)節(jié)器在翼時間，提高發(fā)動機(jī)戰(zhàn)備完好率。三個主要流量調(diào)整釘為：高空供油特性調(diào)整釘 （以下簡稱24號調(diào)整釘）、節(jié)流特性流量調(diào)整釘 （以下簡稱28號調(diào)整釘）和49號最大燃油流量調(diào)整釘（以下簡稱49號調(diào)整釘）。

1 調(diào)整釘工作原理

該燃油調(diào)節(jié)器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上通過3條油路（如圖1所示）共同向發(fā)動機(jī)燃油總管供油，分別是流經(jīng)主計(jì)量油針、最小流量活門和自動起動油針的燃油，其中，流經(jīng)最小流量活門和自動起動油針的燃油流量，在發(fā)動機(jī)進(jìn)入慢車后，保持恒定值，不隨外界條件變化；流經(jīng)主計(jì)量油針的燃油流量受油門桿角度和油針前后壓差控制，而油針前后壓差受高空修正器控制。燃油調(diào)節(jié)器工作原理如圖2所示。

當(dāng)油門桿置于最大角度時，主計(jì)量油針左移止靠在49號調(diào)整釘上，燃油調(diào)節(jié)器的供油量達(dá)到最大，當(dāng)調(diào)整49號調(diào)整釘時，可以改變?nèi)加驼{(diào)節(jié)器的最大供油量。

當(dāng)油門桿位置不變時，主計(jì)量油針前后的壓差通過28號調(diào)整釘調(diào)定位置決定。28號調(diào)整釘前壓力與主計(jì)量油針前壓力相等，且壓差薄膜上下腔燃油壓力分別為28號調(diào)整釘后壓力和主計(jì)量油針后壓力，由于壓差薄膜下腔彈簧剛度非常小，壓差薄膜上下腔燃油壓力近似相等，因此28號調(diào)整釘前后壓差等于主計(jì)量油針前后壓差，當(dāng)調(diào)整28號調(diào)整釘時，可以通過改變主油針前后壓差的方法，來最終改變?nèi)加驼{(diào)節(jié)器各給定油門角度的供油量。

高空修正器是帶氣壓修正功能的壓差保持器，功能是在穩(wěn)態(tài)時保持主計(jì)量油針前壓差恒定，并根據(jù)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總壓對油針前后壓差進(jìn)行修正。24號調(diào)整釘為高空流量特性調(diào)整釘，主要通過針閥結(jié)構(gòu)的放油來改變反饋薄膜下腔的壓力。當(dāng)24號調(diào)整釘進(jìn)時，節(jié)流針關(guān)小節(jié)流面積，高空薄膜右腔的油壓力增大，導(dǎo)致反饋薄膜下腔壓力增大，流量擺活門開度增大，進(jìn)入調(diào)節(jié)器的燃油減少，反之當(dāng)24號調(diào)整釘退時，進(jìn)入調(diào)節(jié)器的燃油增加。當(dāng)飛行高度變化時，反饋薄膜下腔P3壓力變化，帶有節(jié)流噴嘴的高空薄膜會自動調(diào)節(jié)，改變節(jié)流嘴放油開度，進(jìn)而控制P3壓力，以達(dá)到改變流量擺活門開度的目的，并最終改變?nèi)加驼{(diào)節(jié)器的供油量。

圖1 燃油調(diào)節(jié)器供油油路

2 調(diào)整釘調(diào)節(jié)規(guī)律研究

考慮到28號、49號調(diào)整釘對發(fā)動機(jī)地面狀態(tài)影響較大，而24號調(diào)整釘主要調(diào)節(jié)高空流量特性，因此，以下僅對24號調(diào)整釘供油規(guī)律進(jìn)行計(jì)算及仿真分析。

2.1 24號調(diào)整釘位置計(jì)算分析

圖2 調(diào)整釘工作原理圖

根據(jù)燃油調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)原理，搭建高空修正器組件元件模型（見圖3），通過元件模型對24號調(diào)整釘?shù)墓ぷ魑恢门c大氣壓力的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算分析得：

圖3 高空修正器的壓差活門計(jì)算

24號調(diào)整釘油嘴的壓差計(jì)算關(guān)系見圖4。

圖4 分油路的油嘴上壓差關(guān)系

油嘴F2保證流量Q所必需的計(jì)量型面

經(jīng)過24號調(diào)整釘油路的流量與燃油調(diào)節(jié)器供油量的關(guān)系為：

計(jì)算得24號調(diào)整釘?shù)闹睆?/p>

根據(jù)上述計(jì)算分析，24號調(diào)整釘錐型工作型面位置與大氣壓力關(guān)系參數(shù)如表1，具體工作示意見圖5。

表1 24號調(diào)整釘錐型工作型面與大氣壓力關(guān)系參數(shù)表

2.2 24號調(diào)整釘影響高空流量仿真分析

根據(jù)燃油調(diào)節(jié)器工作原理可知，24號調(diào)整釘在高空飛行過程中主要以修補(bǔ)調(diào)節(jié)P3壓力來保證燃油調(diào)節(jié)器的供油量，運(yùn)用AMESim軟件搭建Q=f（P3）的仿真模型，如圖6所示。

圖5 高空飛行時24號調(diào)整釘工作型面位置

圖6 仿真模型

從燃油調(diào)節(jié)器工作原理及24號調(diào)整釘計(jì)算可知，高空飛行過程中，24號調(diào)整釘?shù)墓?jié)流針型面為工作型面，用于控制附件出口燃油流量，為研究該型面參數(shù)尺寸對高空供油特性曲線的影響，現(xiàn)將24號調(diào)整釘組件節(jié)流針型面尺寸按產(chǎn)品圖樣理論參數(shù)和模擬參數(shù)（型面尺寸相對理論值偏?。┐敕抡婺Ｐ停玫椒抡媲€（圖7）。

圖7 流量仿真曲線

從圖7可以看出，模擬件的Q=f（P3）曲線在中間位置出現(xiàn)了明顯下凹現(xiàn)象，下凹位置對應(yīng)的飛行高度約為3000m～6000m，說明裝配該模擬參數(shù)的24號調(diào)整釘?shù)母郊陲w行高度為3000m～6000m時，燃油調(diào)節(jié)器出口流量較正常情況下偏小。

從上述仿真及計(jì)算可以得出，當(dāng)24號調(diào)整釘型面參數(shù)發(fā)生變化時，附件高空流量特性曲線線性也相應(yīng)發(fā)生變化，因此24號調(diào)整釘是影響附件高空流量的線性主要因素之一。另外，通過仿真可知，24號調(diào)整釘影響高空流量的型面位置為第1段和第2段，在地面狀態(tài)時，24號調(diào)整釘工作型面位于第2段，隨著高度的升高，24號調(diào)整釘工作型面逐漸移動到第1段。

3 調(diào)整釘調(diào)整規(guī)律摸底試驗(yàn)

3.1 調(diào)整釘單獨(dú)調(diào)整規(guī)律摸底

為了驗(yàn)證28號、49號、24號調(diào)整釘調(diào)整對高空流量的影響程度，選取了調(diào)試合格燃油調(diào)節(jié)器分別調(diào)整28號、49號、24號調(diào)整釘，查看高空流量變化情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖8、圖9、圖10。

圖8 28號調(diào)整釘影響高空流量情況

圖9 49號調(diào)整釘影響高空流量情況

圖10 24號調(diào)整釘影響高空流量情況

從以上試驗(yàn)可以看出：

1）單獨(dú)調(diào)整28號調(diào)整釘，右旋時增加附件高空流量特性曲線斜率，反之斜率減小。

2）單獨(dú)調(diào)整49號、24號調(diào)整釘，右旋時附件高空流量特性整體減小，反之整體增加。

3）調(diào)整28號、49號調(diào)整釘對地面流量影響較大，越接近10000m（P1*=26.7kPa）影響越小，24號調(diào)整釘對高空流量特性影響較大。

3.2 調(diào)整釘組合調(diào)整規(guī)律摸底

為了摸清24號、28號、49號調(diào)整釘對附件高空流量特性的匹配關(guān)系，摸索出比較理想的外場組合調(diào)整方法，為外場排除高空轉(zhuǎn)速偏低故障提供技術(shù)依據(jù)，選取調(diào)試合格附件組合調(diào)整28號、24號、49號調(diào)整釘，查看高空流量變化情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

圖11 24號、28號、49號組合調(diào)整示例

從上述試驗(yàn)可以得出：

組合調(diào)整24號、28號、49號調(diào)整釘，可在保持燃油調(diào)節(jié)器地面大車狀態(tài)流量的前提下，增加高空燃油流量，理論上可以用于排除外場高空轉(zhuǎn)速偏低故障。

4 結(jié)論

通過上述試驗(yàn)驗(yàn)證及計(jì)算分析，可以得出以下結(jié)論：

1）調(diào)整28號調(diào)整釘可改變附件高空流量特性曲線斜率；調(diào)整49號、24號調(diào)整釘可使附件高空流量特性曲線整體變化，其中49號調(diào)整釘對附件地面大車流量影響較大，而24號調(diào)整釘對附件高空流量影響較大。

2）組合調(diào)整24號、28號、49號調(diào)整釘，可在保持燃油調(diào)節(jié)器地面大車狀態(tài)流量的前提下，增加高空燃油流量。

[1]褚云程,揚(yáng)志宇.某型發(fā)動機(jī)技術(shù)說明書.608研究所,1997.

[4]付永領(lǐng),祁曉野.AMESim系統(tǒng)建模與仿真.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.