基于小型渦噴發(fā)動機的試車訓練裝置的設(shè)計

孫翔龍 任再青 李亞歌

摘要：為滿足發(fā)動機試車科目訓練要求，設(shè)計一型基于小型渦噴發(fā)動機的試車訓練裝置。闡述了該訓練裝置的功能、組成、工作原理和使用方法。該裝置經(jīng)濟性好，操作方便，安全性好，能滿足教學訓練要求。

關(guān)鍵詞：訓練裝置;試車;渦噴發(fā)動機

1 引言

發(fā)動機試車是檢測飛機發(fā)動機性能的一種重要、經(jīng)常的手段，是航空維修機械專業(yè)學員必須掌握的一項技能。在教學實施的過程中，若使用實裝飛機進行發(fā)動機試車，則有危險性高、耗費大、保障復雜、受天氣制約等缺點;若使用模擬試車練習器進行發(fā)動機試車訓練，則有仿真度不高、設(shè)備故障率高等問題。針對此問題，可使用基于小型渦噴發(fā)動機的試車訓練裝置進行模擬練習和實裝試車之間的過渡訓練。該訓練裝置具有耗費小、相對安全、可在室內(nèi)進行等優(yōu)點。該訓練裝置可進行發(fā)動機主要性能參數(shù)的檢查，具備使學員達到理解發(fā)動機性能衡量標準和會進行參數(shù)檢測教學目標的功能。同時，該訓練裝置還具有外場條件下實裝飛機試車所不具備的一項功能，即：能夠進行發(fā)動機推力的測量，繪制出發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性曲線，從而加深學員對發(fā)動機工作特性的理解。

2主要功能

該裝置的主要功能是實現(xiàn)小型渦噴發(fā)動機的起動、停車和使發(fā)動機處于不同的工作狀態(tài)，并能夠進行發(fā)動機起動溫度、起動時間、停車時間及各狀態(tài)的轉(zhuǎn)速、排氣溫度、推力等發(fā)動機性能參數(shù)的測量。該裝置具有相應的安全性和可靠性設(shè)計。

3組成及工作原理

訓練裝置由小型渦噴發(fā)動機、發(fā)動機控制單元、控制手柄、地面控制單元、推力測量系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、工作臺架組成。訓練裝置組成原理如圖1所示：

3.1小型渦噴發(fā)動機

小型渦噴發(fā)動機是訓練裝置的核心，也是試車的操作對象。以推力適中、性能可靠的航模用渦噴發(fā)動機為基礎(chǔ)，利用原有參數(shù)傳感器或增添相應的參數(shù)傳感器和接口線路即制作成試車訓練用的小型渦噴發(fā)動機。如航模用渦噴發(fā)動機JetCat P130-RX即滿足要求，該發(fā)動機由壓氣機、燃燒室、渦輪組成。

3.2發(fā)動機控制單元

發(fā)動機控制單元的核心部件是單片機和控制程序。工作時，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速、排氣溫度及油門桿位置數(shù)據(jù)，根據(jù)控制程序解算后控制發(fā)動機供油量。

3.3控制手柄

控制手柄由油門桿和通信鏈路組成。使用油門桿起動發(fā)動機并控制發(fā)動機的工作狀態(tài)。通信鏈路將油門位置數(shù)據(jù)傳到發(fā)動機控制單元。

3.4地面控制單元

地面控制單元包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、排氣溫度傳感器、電路接口和監(jiān)視器。地面控制單元監(jiān)控發(fā)動機轉(zhuǎn)速、排氣溫度和發(fā)動機推力，使得試車人員能夠通過監(jiān)視器實時觀測到發(fā)動機的性能參數(shù)。

3.5推力測量系統(tǒng)

推力測量系統(tǒng)由固定支架和推力傳感器兩部分組成。發(fā)動機固定在固定支架上。固定支架放置在滑軌上，并與推力傳感器相連。發(fā)動機工作時推動固定支架在滑軌方向產(chǎn)生與推力大小成比例的位移。該位移經(jīng)推力傳感器測量后即得出發(fā)動機推力。

3.6燃油供給系統(tǒng)

燃油供給系統(tǒng)由油箱、油泵、輸油管路、油濾、關(guān)斷閥組成，將工作用航空煤油穩(wěn)定、可靠地供應給發(fā)動機。油箱的功能是儲存燃料。油泵的功能是將燃料增壓后供給發(fā)動機，保證發(fā)動機工作可靠。輸油管道的功能是提供燃料流通通道，輸油管道連接到發(fā)動機控制單元，經(jīng)發(fā)動機控制單元調(diào)節(jié)供油量后再供給發(fā)動機。油濾的功能是保證供給發(fā)動機的燃料無雜質(zhì)。關(guān)斷閥的功能是根據(jù)需要將油箱和發(fā)動機之間的燃料通道斷開。

3.7工作臺架

工作臺架的是其它部件的安裝容器和平臺。燃油供給系統(tǒng)的油箱、油泵、油濾、關(guān)斷閥、部分輸油管路及安全保護罩布置在臺架內(nèi)部;發(fā)動機、發(fā)動機控制單元、參數(shù)測量系統(tǒng)、推力測量系統(tǒng)布置在臺架上部。

4使用方法

訓練裝置在使用分為準備工作、發(fā)動機起動、發(fā)動機參數(shù)檢測、發(fā)動機停車、恢復工作和數(shù)據(jù)處理幾個步驟。訓練裝置在使用過程中要注意安全注意事項。

4.1準備工作和安全注意事項

（1）實習前要檢查臺架是否清潔干凈，務(wù)必清理可能吸入發(fā)動機進氣口的雜物。

（2）實習前要檢查訓練裝置各部附件固定牢靠，防止發(fā)動機工作過程中出現(xiàn)機件松脫、漏油等問題。

（3）為防止意外著火，發(fā)動機工作過程中滅火瓶必須隨時準備好。

4.2發(fā)動機起動

（1）打開控制手柄開關(guān)。

（2）將控制手柄上的油門桿推到最大再拉到最小，此時向發(fā)動機控制單元發(fā)出起動信號。在發(fā)動機控制單元的控制下起動電機開始帶轉(zhuǎn)、點火棒開始加熱、起動供油泵開始供油，發(fā)動機開始起動。

（3）發(fā)動機到達怠速轉(zhuǎn)速時，在發(fā)動機控制單元的控制下起動結(jié)束

4.3發(fā)動機參數(shù)檢測

（1）略推油門桿，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升到60000rpm，對發(fā)動機進行暖機。

（2）收油門桿使發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低到慢車轉(zhuǎn)速。

（3）推油門桿使發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后記錄下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、排氣溫度和推力。重復幾次該過程直到發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到最大轉(zhuǎn)速。

（4）收油門桿使發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低到慢車轉(zhuǎn)速，對發(fā)動機進行冷機。

4.4發(fā)動機停車

（1）關(guān)閉操作手柄電源，給發(fā)動機控制單元發(fā)出停車信號。

（2）發(fā)動機在發(fā)動機控制單元的控制下會帶轉(zhuǎn)工作一段時間以進一步冷卻發(fā)動機，隨后停車。

4.5恢復工作和數(shù)據(jù)處理

（1）斷電、斷油，清理試車訓練裝置。

（2）記錄數(shù)據(jù)和進行相應推算得出發(fā)動機性能參數(shù)，包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、推力、排氣溫度、耗油量和耗油率。

（3）繪制發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性曲線，即發(fā)動機推力和耗油率隨轉(zhuǎn)速的變化曲線。

（4）繪制排氣溫度隨轉(zhuǎn)速的變化曲線。

參考文獻：

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[2]李偉，陳迪，胡強.基于MSP430和ST16C554的JetCat發(fā)動機監(jiān)測控制器設(shè)計[J].四川兵工學報.2013.12

（作者單位：空軍工程大學航空機務(wù)士官學校;a.航空機械工程系;b.學員二隊）