某型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器感溫棒堵塞對(duì)燃油消耗量的影響分析

張春海 王仕鵬

摘 要：本文根據(jù)某型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器修正機(jī)構(gòu)的工作原理分析了燃油調(diào)節(jié)器感溫棒被異物堵塞的故障。解讀燃油調(diào)節(jié)器感溫調(diào)節(jié)構(gòu)造原理，計(jì)算燃油消耗量，確定了燃油調(diào)節(jié)器感溫棒堵塞對(duì)燃油消耗量的影響。本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)典型故障的排除具有參考意義。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；燃油調(diào)節(jié)器感溫棒；燃油消耗量；典型故障

中圖分類號(hào)：V215.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）21-0061-03

某型發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)常用的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，一般裝在運(yùn)輸機(jī)上。該型發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)燃油調(diào)節(jié)器修正機(jī)構(gòu)感受飛行高度、飛行速度及進(jìn)氣溫度的參數(shù)變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量。

該型發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中常常出現(xiàn)燃油調(diào)節(jié)器感溫棒故障。感溫棒故障的表現(xiàn)多發(fā)生在高空，造成燃油調(diào)節(jié)器無(wú)法正確調(diào)節(jié)供油量，而地面進(jìn)行故障排除時(shí)因無(wú)法模擬高空條件，對(duì)感溫棒故障的排除帶來(lái)一定的困難。本文對(duì)燃油調(diào)節(jié)器感溫棒工作過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的研究，為類似故障排除提供借鑒。

1 故障案例

某用戶使用的運(yùn)輸機(jī)在跨晝夜飛行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、燃油消耗量大幅下降，機(jī)組人員觀察其燃油消耗量約640kg/h，其他發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量約為850kg/h，相差約210kg/h。機(jī)組人員推油門試圖增加該發(fā)的燃油消耗量，但無(wú)反應(yīng)。此時(shí)飛機(jī)在空中4500米，油門角度為80°，進(jìn)氣溫度為-15℃，飛行馬赫數(shù)為0.45。

飛機(jī)著陸后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣道外整流罩燃油調(diào)節(jié)器感溫棒進(jìn)氣管位置處有血跡及羽毛，其他部位未見(jiàn)異常。進(jìn)一步進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)燃油調(diào)節(jié)器感溫棒進(jìn)氣管內(nèi)部被羽毛堵塞。

2 故障分析

燃油調(diào)節(jié)器通過(guò)感受飛行高度、飛行速度及進(jìn)氣溫度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量實(shí)現(xiàn)等當(dāng)量功率調(diào)節(jié)和等渦輪前燃?xì)鉁囟日{(diào)節(jié)。感溫棒感受進(jìn)氣溫度的變化調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)供油量。

發(fā)動(dòng)機(jī)特性所規(guī)定的調(diào)節(jié)任務(wù)是由燃油調(diào)節(jié)器的修正部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。修正部分的各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別通過(guò)感受大氣的靜壓PH、總溫tH*和壓氣機(jī)進(jìn)口總壓P1*來(lái)自動(dòng)控制油門開(kāi)關(guān)的軸向移動(dòng)量，改變油門開(kāi)關(guān)限流口的截面，使供油量相應(yīng)的增減。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，僅在感溫棒進(jìn)口發(fā)現(xiàn)羽毛，其他位置未見(jiàn)異常。感溫棒進(jìn)口被羽毛堵塞將影響發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度的檢測(cè)。

修正機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖1）對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)最終表現(xiàn)為控制油門開(kāi)關(guān)的限流口的截面積。分流活門裝在隨動(dòng)活塞內(nèi)部。燃油調(diào)節(jié)器內(nèi)部滑油泵出口的滑油進(jìn)入隨動(dòng)活塞的左腔，通過(guò)隨動(dòng)活塞的出油口少量回油。隨動(dòng)活塞的右側(cè)受彈簧的作用。當(dāng)滑油壓力與彈簧力保持平衡時(shí)，則隨動(dòng)活塞不動(dòng)。

當(dāng)分流活門右移時(shí)，分流活門上的凸邊遮蓋了隨動(dòng)活塞的出油口，滑油回油量減小，使隨動(dòng)活塞的左側(cè)壓力增大，推動(dòng)隨動(dòng)活塞右移，直到隨動(dòng)活塞的出油口重新開(kāi)大，滑油壓力與彈簧力保持平衡。這樣當(dāng)隨動(dòng)活塞右移時(shí)，油門開(kāi)關(guān)出口面積減小，減小了供油量。

燃油調(diào)節(jié)器感溫棒可經(jīng)兩種機(jī)械傳遞控制分流活門的移動(dòng)。

（1）在燃油調(diào)節(jié)器功率限制區(qū)修正燃油量中，等功率機(jī)構(gòu)根據(jù)感溫棒感受進(jìn)氣溫度進(jìn)行減油。當(dāng)溫度升高時(shí)，頂桿伸出量增加，杠桿被頂桿推動(dòng)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。溫度升高到35℃，杠桿上的凸片剛好與撥桿的臂接觸，從這時(shí)起，當(dāng)溫度繼續(xù)上升，杠桿就帶動(dòng)撥桿轉(zhuǎn)動(dòng)。撥桿的襯套內(nèi)有螺旋型面槽，當(dāng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，襯套便向右移動(dòng)。由于懸臂與撥桿的襯套的球頭接觸，因此，懸臂也向右。而搖臂的中支點(diǎn)固定在懸臂上，所以，搖臂亦隨之向右。因而隨動(dòng)活塞向右移動(dòng)，減小油門開(kāi)關(guān)限流口截面，使供油量減少。

（2）在燃油調(diào)節(jié)器進(jìn)行修正渦輪前燃?xì)鉁囟认拗茀^(qū)供油量，也根據(jù)感溫棒感受空氣溫度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣溫度升高時(shí)，感溫棒頂桿伸出量增大，杠桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)杠桿使凸輪亦順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在凸輪上有一個(gè)偏心調(diào)節(jié)螺釘，它是搖臂的中支點(diǎn)，由于凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，螺釘向上移動(dòng)，迫使搖臂上端向右移動(dòng)，推動(dòng)分流活門向右而減少供油量。

由此可知，在發(fā)動(dòng)機(jī)修正調(diào)節(jié)過(guò)程中，燃油調(diào)節(jié)器感溫棒頂桿的伸縮量與發(fā)動(dòng)機(jī)供油量的成反比關(guān)系。即，當(dāng)進(jìn)氣溫度升高，燃油調(diào)節(jié)器感溫棒頂桿的伸出量大則發(fā)動(dòng)機(jī)供油量降低，反之亦然。

本次故障發(fā)生時(shí)，燃油調(diào)節(jié)器感溫棒進(jìn)口被羽毛堵塞，無(wú)法檢測(cè)到外界空氣溫度。燃油調(diào)節(jié)器感溫棒處在發(fā)動(dòng)機(jī)密閉的短艙內(nèi)，受短艙內(nèi)溫度的影響，感溫棒感受的溫度為發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)的溫度。燃油調(diào)節(jié)器感溫棒頂桿的伸出量增大，則發(fā)動(dòng)機(jī)供油量降低。

3 計(jì)算

按照發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)規(guī)律，燃油調(diào)節(jié)器的修正部分把發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)的飛行范圍分為了兩個(gè)區(qū)域。

在功率限制區(qū)，修正部分的等功率機(jī)構(gòu)參與工作，按公式（1）調(diào)節(jié)供油量，保持發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)量功率大致不變。

G燃油1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ進(jìn)氣·B-1）-△G燃油]·C（kg/h） （1）

當(dāng)tH*>35℃時(shí)，在等功率機(jī)構(gòu)內(nèi)專門減油機(jī)構(gòu)按公式（2）來(lái)進(jìn)行減油。

△G燃油=7.5（tH*-35） （2）

在渦輪前燃?xì)鉁囟萒3*限制區(qū)，等溫機(jī)構(gòu)感受tH*和Pl*，按公式（3）調(diào)節(jié)供油量，保持渦輪前燃?xì)鉁囟萒3*大致不變。

G燃油2=15·A·P1*·C=15·A·δ進(jìn)氣·B·PH·C（kg/h） （3）

式中：PH——外界空氣靜壓（kPa）。

δ進(jìn)氣——發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道總壓損失系數(shù)。δ進(jìn)氣=f（M），根據(jù)圖2查出。

B——沖壓系數(shù)。B=f（M），根據(jù)圖3查出。

M——飛行馬赫數(shù)。

C——油門角度系數(shù)。C=f（α油門），根據(jù)圖4查出。

A——溫度系數(shù)。A=f（tH*），根據(jù)圖5查出。

根據(jù)上述兩式計(jì)算得出的供油量是不同的。修正部分總是按這兩個(gè)公式中供油量較小的一個(gè)來(lái)控制油量。

修正部分的等功率機(jī)構(gòu)和等溫機(jī)構(gòu)的最后動(dòng)作都是作用在分流活門上。在過(guò)渡區(qū)內(nèi)，兩個(gè)搖臂同時(shí)作用在分流活門上，即一個(gè)未脫離接觸，另一個(gè)已加入接觸，使供油量比任一搖臂單獨(dú)作用時(shí)要少。這個(gè)減少量以Δq起飛·C來(lái)表示。此時(shí)供油量按兩個(gè)公式計(jì)算所得值中較小的一個(gè)減去Δq起飛·C。Δq起飛根據(jù)圖6查出。

故障發(fā)生時(shí)，飛機(jī)在空中4500米，油門角度為80度，外界空氣溫度為-15℃，飛行馬赫數(shù)為0.45。

（1）按功率限制區(qū)公式求出燃油消耗量GT1：

首先根據(jù)M=0.45，從圖2、3查得δ進(jìn)氣=0.98；B=1.148。

再根據(jù)α=80°，從圖4查得C=0.88。

當(dāng)t*H=-15℃時(shí)，△GT=0；飛行高度為4500m，PH=57.712KPa。

GT1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ進(jìn)氣·B-1）-△GT]·C

=[1200-0.5286（760-7.5×57.712）-1.5×57.712（0.98×1.148-1）-0]×0.88

=894kg/h

（2）按溫度限制區(qū)公式求出燃油消耗量GT2：

首先根據(jù)t*H=-15℃，從圖5查得A=1.075，則：

GT2=15·A·δ進(jìn)氣·B·PH·C

=15×1.075×0.98×1.148×57.712×0.88

=921kg/h

（3）按過(guò)渡區(qū)公式求出燃油消耗量GT。

首先根據(jù)t*H=-15℃：

kg/h

從圖7查得△q起飛=15kg/h。

則GT=GT1-△q起飛·C=894-15×0.88=881kg/h。

假想發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道與感溫棒連接的軟管被完全堵塞，感溫棒無(wú)法感受到進(jìn)氣溫度，感溫棒在發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)部受熱，感受到發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)部溫度。

在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)部溫度較高，一般達(dá)50℃以上。感溫棒感受到發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)部溫度時(shí)，在等功率機(jī)構(gòu)內(nèi)專門減油機(jī)構(gòu)按公式（2）來(lái)進(jìn)行減油。

（3）按功率限制區(qū)公式求出燃油消耗量GT1：

△G燃油=7.5（tH*-35）=7.5（50-35）=112.5kg/h

當(dāng)t*H=50℃時(shí)，△GT=112.5kg/h。

GT1=[1200-0.5286（760-7.5PH）-1.5PH（δ進(jìn)氣·B-1）-△GT]·C

=[1200-0.5286（760-7.5×57.712）-1.5×57.712（0.98×1.148-1）-112.5]×0.88

=795kg/h

（4）按溫度限制區(qū)公式求出燃油消耗量GT2：

首先根據(jù) t*H=50℃，從圖5查得A=0.72，則：

GT2=15·A·δ進(jìn)氣·B·PH·C

=15×0.72×0.98×1.148×57.712×0.88=617kg/h

則GT=GT2=617kg/h。

通過(guò)計(jì)算可知，正常的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量為881kg/h，當(dāng)進(jìn)氣道與感溫棒連接的軟管堵塞則發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量為617kg/h，兩者相差264kg/h，與故障現(xiàn)象一致。

經(jīng)過(guò)理論計(jì)算及原理分析，可以確定燃油調(diào)節(jié)器修正部分感溫棒被羽毛堵塞無(wú)法正確感受的進(jìn)氣溫度，受發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)溫度的影響，檢測(cè)到的溫度大于進(jìn)氣溫度，造成感溫棒內(nèi)部頂桿伸出量增大，使油門開(kāi)關(guān)截面積減小，供油量減小。

某型發(fā)動(dòng)機(jī)在地面試車時(shí)，油門角度在82度，燃油消耗量為1048kg/h，油門角度在98度以上時(shí)，燃油消耗量最高為1200kg/h。即，油門角度在82度到98度之間，燃油消耗量的變化約為152kg/h。由此可知，當(dāng)感溫棒進(jìn)口被完全堵塞的情況下，油門角度從80度推上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量的增加不能彌補(bǔ)因溫度升高對(duì)燃油消耗量的減小。

4 結(jié)語(yǔ)

在空中發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量降低，且推油門無(wú)明顯增油的故障原因?yàn)槿加驼{(diào)節(jié)器感溫棒進(jìn)口被羽毛阻塞。

燃油調(diào)節(jié)器感溫棒作為某型發(fā)動(dòng)機(jī)感受進(jìn)氣溫度的唯一檢測(cè)元件，燃油調(diào)節(jié)器感溫棒頂桿的伸縮量與發(fā)動(dòng)機(jī)供油量的成反比關(guān)系，燃油調(diào)節(jié)器感溫棒頂桿的伸縮量能否與進(jìn)氣溫度相匹配，決定了發(fā)動(dòng)機(jī)供油量的合理性。

當(dāng)進(jìn)氣溫度異常升高時(shí)，燃油調(diào)節(jié)器感溫棒頂桿的伸出量增大，使發(fā)動(dòng)機(jī)供油量減小，發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低；當(dāng)進(jìn)氣溫度降低時(shí)，燃油調(diào)節(jié)器感溫棒頂桿的伸出量減小過(guò)多，發(fā)動(dòng)機(jī)供油量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)易超溫。

參考文獻(xiàn)

[1]某型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)說(shuō)明書[S].株洲：中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，2017.

[2]某型發(fā)動(dòng)機(jī)維修手冊(cè)[S].株洲：中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，2017.