發(fā)動機喘振故障淺析

芮剛

(中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110043)

發(fā)動機喘振故障淺析

芮剛

(中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110043)

喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻率(每秒十幾次)高振幅的一種氣流振蕩現(xiàn)象,它對壓氣機及發(fā)動機的工作有嚴(yán)重威脅,喘振的外部現(xiàn)象表現(xiàn)為放炮聲,音調(diào)低沉,出現(xiàn)強烈的機械振動,即“前擁后堵”。出口總壓力脈動的波幅可達喘振點上壓氣機總壓升高的75%,流量和速度也出現(xiàn)大幅度的脈動。本文對發(fā)動機發(fā)生喘振時的故障現(xiàn)象及發(fā)動機防喘、消喘系統(tǒng)的工作原理作出了簡要的闡述和分析。

喘振 防喘 消喘

1 發(fā)動機喘振原因分析

發(fā)動機設(shè)有防喘和消喘兩種機制。防喘系統(tǒng)通過一系列防喘措施使發(fā)動機避免進入喘振狀態(tài)，提高發(fā)動機的穩(wěn)定工作范圍。消喘系統(tǒng)通過“減少進氣、排氣、切油”等措施使發(fā)動機脫離喘振狀態(tài)。

安裝在高壓壓氣機第9級整流葉柵通道的喘振信號器將感受到的空氣壓力變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，輸送給發(fā)動機綜合調(diào)節(jié)器，綜合調(diào)節(jié)器根據(jù)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N2，向發(fā)動機執(zhí)行機構(gòu)機載記錄系統(tǒng)發(fā)出消喘信號。如圖1所示。

出現(xiàn)喘振信號的情況有兩種：一是發(fā)動機氣流通道發(fā)生喘振或有喘振趨勢，喘振信號器向綜合調(diào)節(jié)器發(fā)出電壓信號；二是喘振信號器電路出現(xiàn)故障，發(fā)出“喘振”的虛假信號。本文僅討論發(fā)動機確實發(fā)生喘振的情況。

2 發(fā)動機的防喘措施

設(shè)計發(fā)動機時通常采用以下方法防止喘振：①壓氣機中間級放氣(對于增壓比在10以上的多級壓氣機，防喘效果不明顯)；②可轉(zhuǎn)動的進口導(dǎo)流葉片和整流器葉片；③可變進口通道面積；④雙軸(雙轉(zhuǎn)子)壓氣機。

3 消喘、防喘系統(tǒng)組成及工作原理

消喘系統(tǒng)的功用是當(dāng)發(fā)動機發(fā)生喘振(出現(xiàn)“K1”指令信號)時，通過控制發(fā)動機燃油供油量和幾何通道，使發(fā)動機退出喘振狀態(tài)。采取的具體措施是減少進氣量，短時間切油，放大噴口(消除前擁后堵)，接通遭遇起動，恢復(fù)發(fā)動機原穩(wěn)定狀態(tài)。防喘系統(tǒng)的功用是當(dāng)發(fā)射導(dǎo)彈(出現(xiàn)“K2”指令信號)時，為了預(yù)防導(dǎo)彈尾氣對發(fā)動機的影響，放下進氣道斜板，減少發(fā)動機進氣量；發(fā)動機加力狀態(tài)時進行加力遭遇起動；減少低壓和高壓壓氣機的進氣量；放大噴口以提高發(fā)動機的穩(wěn)定裕度。

以下簡要介紹消喘系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和工作過程。

消喘系統(tǒng)包括發(fā)動機綜合調(diào)節(jié)中的防喘保護裝置、空氣壓力受感部、喘振信號器、主泵調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機構(gòu)им3、發(fā)動機自動起動器、噴口調(diào)節(jié)器的執(zhí)行機構(gòu)им4。

空氣壓力傳感器將高壓壓氣機(九級)后的空氣總壓(P02)和靜壓(P2)輸送給喘振信號器。當(dāng)壓差？Pck發(fā)生變化時，喘振信號器的輸出電壓也隨之改變，該輸出電壓被傳輸?shù)骄C合調(diào)節(jié)器的防喘保護機構(gòu)。

綜合調(diào)節(jié)器通過邏輯判斷發(fā)出指令到執(zhí)行裝置和起動自動器。

3.1 預(yù)防喘振組件

圖1 發(fā)動機消喘系統(tǒng)的工作原理簡圖

當(dāng)發(fā)射導(dǎo)彈時，從飛機電路傳來的+27伏電壓作用到標(biāo)準(zhǔn)器上，形成K2指令，并經(jīng)時間給定網(wǎng)絡(luò)延時(4±0.5)秒(從最后一次接到“發(fā)射武器按鈕”指令算起)，分五路傳輸?shù)揭韵陆M件：第一路到進氣道控制系統(tǒng)(APB)，放下調(diào)節(jié)板，減小發(fā)動機的空氣流量；第二路是到加力控制與信號組件(ВУФ)，如果發(fā)動機在加力狀態(tài)則進行加力遭遇起動；第三路是到低壓壓氣機進口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)通道(им 8)；第四路是到或門；第五路是到功率放大器，作用到им2上，是發(fā)動機的幾何通道產(chǎn)生作用，提高穩(wěn)定裕度，另外，從功放輸出的信號，還傳輸?shù)交蜷T上，并經(jīng)過時間給定網(wǎng)絡(luò)保持(8±1.6)秒，驅(qū)動自動裝置(АПД)工作，發(fā)動機進入起動狀態(tài)。

3.2 消除喘振組件

發(fā)動機發(fā)生喘振時，高壓壓氣機后的脈動空氣壓力，經(jīng)喘振信號器傳輸?shù)溅ck測量器，從ΔPck測量器輸出的信號分成五路，第一路到T4*燃?xì)鉁囟日{(diào)節(jié)通道，用以補償熱電偶的慣性；第二路到喘振信號器檢查電路，如果Pck測量器的輸出電壓為零，則喘振信號器檢查電路輸出信號到РТГ，并關(guān)閉開關(guān)電路，切斷消喘系統(tǒng)；第三路到帶通濾波器，檢查信號的脈動分量ΔPck.П；第四路到低頻濾波器和生成器，監(jiān)測信號的直流分量ΔPck.cp；第五路到匹配裝置，傳輸?shù)桨l(fā)動機地面檢查記錄儀КЗА。

從帶通濾波器和低頻濾波器出來的信號送入A值測量器，形成A值輸往時間給定網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)n2＜85%時，K1指令被延遲(0.125±0.025)秒輸出；n2≥85%，“K1”指令信號延遲0.05秒后輸出；“K1”指令信號解除后，延遲(0.225±0.025)秒消失。從時間給定網(wǎng)絡(luò)出來的信號分成兩路，一路輸往與門，與n2≥35%信號一起輸往監(jiān)控告警系統(tǒng)和機載參數(shù)記錄系統(tǒng)；一路與T4*調(diào)節(jié)通道來的發(fā)動機超溫信號一起輸往或門。從或門出來的信號也分成兩路，一路和n2≥35%信號一起經(jīng)與門，輸往加力自動節(jié)流系統(tǒng)，協(xié)調(diào)雙發(fā)推力，避免一側(cè)推力過大，造成飛機操作困難；一路與載有n2≥35%信號，H＞2000米或M＞0.65的與門15的輸出信號一起，輸往與門，從與門輸出的信號分成三路，一路輸?shù)郊恿刂婆c信號組件(ВУФ)，和低壓壓氣機進口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)通道(PHA)；一路經(jīng)時間給定網(wǎng)絡(luò)，功率放大器，將K1指令輸給飛行前檢查組件(ВПК)，電磁活門(им4)，進氣道自動調(diào)節(jié)器(АРВ)和或門；第三路到或門，與來自T4*調(diào)節(jié)通道得起動超溫信號一起輸往時間給定網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過功率放大器，到飛行前檢查組件(ВПК)，電磁活門(им3)和或門，從或門出來的信號用于對發(fā)動機進行遭遇起動。

[1]呼萬豐.《蘇二七飛機發(fā)動機構(gòu)造與維護》.中國人民解放軍空軍裝備部,2006.

[2]廉小純,吳虎.《航空燃?xì)廨啓C原理上冊》.國防工業(yè)出版社,2001.