某型航空發(fā)動機加力燃油總管流量分布試驗器研制

程鑫，趙方

（海翔機械廠，河北 邯鄲 057150）

航空發(fā)動機在工作一段時間后，經(jīng)常伴有加力燃油總管流量及分布超標(biāo)的現(xiàn)象，加力燃油總管作為供油系統(tǒng)的重要組成部分，其修理質(zhì)量將直接影響發(fā)動機的性能水平，輕者導(dǎo)致主機性能下降，重者燒毀機件，嚴(yán)重影響發(fā)動機使用安全。在發(fā)動機修理過程中，加力燃油總管流量及分布的檢測是一項非常重要指標(biāo)。隨著工廠某新型發(fā)動機修理建線計劃的逐步開展，原有試驗器功能不能滿足新機修理技術(shù)要求，因此，重新研制一臺適應(yīng)某新型航空發(fā)動機加力燃油總管流量試驗的試驗器成為急需解決的問題。

1 試驗器整體方案設(shè)計

航空發(fā)動機加力總管流量分布試驗器是某型航空發(fā)動機加力燃油總管、噴油環(huán)及噴油孔的流量及均布等特性測量的專用設(shè)備，主要由液壓系統(tǒng)、計量機構(gòu)和電控系統(tǒng)等組成，模擬發(fā)動機某動力系統(tǒng)工作狀態(tài)，給加力燃油總管供給特定壓力和流量的航空煤油，通過計量機構(gòu)實現(xiàn)加力燃油總管（Ⅱ區(qū)燃油總管、Ⅲ區(qū)燃油總管、Ⅳ區(qū)燃油總管、Ⅴ區(qū)燃油總管）、噴油環(huán)（Ⅰ區(qū)噴油環(huán)）、噴油桿和噴油孔的流量測量，并計算流量分布特性。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)加力燃油總管修理技術(shù)條件可知，此次流量試驗要求有兩個特點：一是試驗流量范圍域廣，五區(qū)總管的試驗分為五個流量試驗點：890L/h、5613L/h、7220L/h、6014L/h、8000L/h，其中，最小流量為890L/h，最大流量為8000L/h；二是液壓系統(tǒng)壓力波動對流量變化影響較大。為確保液壓系統(tǒng)在五區(qū)總管流量試驗時均能夠提供穩(wěn)定的壓力和流量，動力源的選擇是關(guān)鍵，如果液壓系統(tǒng)選擇偏小流量泵作為動力源，做大流量試驗時，泵超載運行，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)介質(zhì)脈動較大，壓力不穩(wěn)，不符合試驗要求，而選擇大流量泵作為液壓系統(tǒng)的動力源時，有三點不合適：第一，做小流量試驗器時，85%以上的航空煤油需要通過溢流閥溢流，會使液壓系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)脈動增加，且脈動無規(guī)律，隨機性明顯，影響測量結(jié)果的穩(wěn)定性；第二，大部分流量溢流，會使液壓系統(tǒng)內(nèi)航空煤油的溫度快速上升，不利于介質(zhì)溫度的控制，影響測量結(jié)果；第三，85%以上的航空煤油需要溢流回油箱，這樣會造成系統(tǒng)能源的浪費，同時降低液壓元件的使用壽命。

圖1 液壓系統(tǒng)原理圖

如圖1 所示，根據(jù)某機型發(fā)動機修理技術(shù)條件，結(jié)合實際情況，最終將液壓系統(tǒng)的動力源設(shè)計成大、小流量兩套液壓泵并聯(lián)而成，且可單獨控制運行。選用脈動誤差小于3%的內(nèi)嚙合齒輪泵，選取小流量泵7 流量為39.3cm3/rev，配以4 極電機，單獨運行，用于890L/h 的小流量點的試驗，選取大流量泵8 為163cm3/rev，配以4 極電機，單獨運行，用于5613L/h、7220L/h、6014L/h、8000L/h 四組大流量點的試驗，這樣既滿足了小流量試驗需求，也滿足了大流量試驗要求，再輔以氣液分離器、蓄能器等元件進(jìn)行穩(wěn)流穩(wěn)壓，最終可以將液壓系統(tǒng)的脈動誤差降低至0.6%以內(nèi)，滿足了產(chǎn)品試驗流量范圍廣的同時，也最大程度地降低了液壓系統(tǒng)的脈動。

3 計量機構(gòu)設(shè)計

3.1 氣動多連桿機構(gòu)

為確保加力燃油總管的48 個噴嘴檢修時的試驗流量更接近于在發(fā)動機上的真實工作狀態(tài)，修理技術(shù)條件要求，將加力燃油總管與試驗器連接，待試驗器運行穩(wěn)定后，同步測量48 個噴油孔流量。加力燃油總管的48 個噴油孔呈環(huán)形排列，為方便計量，首先，通過消沫筒將48 個噴油孔通過管道引流，將出油口“一”字排開。

圖2 氣動多連桿機構(gòu)局部示意圖

同時，設(shè)計氣動多連桿機構(gòu)如圖2 所示，48 個噴油口引流管的出口與圖2 所示的可轉(zhuǎn)向油嘴3 一一對應(yīng)，設(shè)備剛剛開啟時，可轉(zhuǎn)向油嘴處于Ⅰ工位5，航空煤油流入箱體1 內(nèi)，進(jìn)而通過回油管返回油箱，待產(chǎn)品運行穩(wěn)定后，點擊計量按鈕，氣缸驅(qū)動系統(tǒng)6 推動多連桿機構(gòu)，使可轉(zhuǎn)向油嘴3 運動至Ⅱ工位4，而轉(zhuǎn)向油嘴Ⅱ工位位于計量筒的正上方，此時，開始同步計量48 噴油孔噴射的航空煤油。

3.2 計量機構(gòu)

液體流量的測量方法通常有 “質(zhì)量法”和“容積法”兩種，各有優(yōu)缺點，由于加力燃油總管流量試驗范圍域廣，且測量的最小流量值較小，為提高計量精度，降低研制成本，所以，采用容積法進(jìn)行噴射流量的計量。

圖3 計量機構(gòu)局部示意圖

如圖3 所示，計量機構(gòu)主要由計量筒3 和玻璃管2 組成，計量時，航空煤油通過可轉(zhuǎn)向油嘴流入計量筒3 內(nèi)，根據(jù)連通器原理，計量筒和玻璃管內(nèi)液面等高，待測量時間結(jié)束后，可以從玻璃管讀取液位高度，進(jìn)而計算單位時間內(nèi)流入計量筒和玻璃管的液體體積。

計量機構(gòu)具備以下功能：

（1）計量機構(gòu)的“校準(zhǔn)功能”。為確保每次試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，計量機構(gòu)具備“調(diào)零功能”，每次實驗前，先進(jìn)行48 個計量機構(gòu)的調(diào)零工作，即點擊調(diào)零按鈕，打開計量筒下面的48 個“調(diào)零閥”1，如圖3 所示，計量筒3 內(nèi)調(diào)零管4 就處于開路狀態(tài)，航空煤油從調(diào)零管流出，返回油箱，而調(diào)零管的上端口與計量機構(gòu)的的玻璃管的零刻線對應(yīng)，根據(jù)“短板原理”和連通器原理，當(dāng)玻璃管和計量筒內(nèi)液位下降到調(diào)零管的上管口時，玻璃管和計量筒內(nèi)液面自動停止下降，此時，液位對應(yīng)的就是玻璃管的零刻線位置，完成實驗前計量機構(gòu)的校準(zhǔn)工作。

（2）計量機構(gòu)的“拉平”功能。試驗工藝要求，當(dāng)48 噴嘴流量收集完成后，首先，分別讀取48 個噴嘴的單個流量值，然后，計算總流量，為方便操作，提高計量精度，試驗工藝要求48 個計量玻璃管中液位高度可“拉平”到同一高度，取平均值計量總流量，所以在48 個計量筒下方設(shè)計一個連通器6，將48 個計量筒聯(lián)通，可通過氣閥5 開、閉實現(xiàn)48 個計量的聯(lián)通，實現(xiàn)拉平功能，待液面穩(wěn)定后，讀取液位高度，通過轉(zhuǎn)換計算，再乘以48 就得到加力燃油總管的總流量，此方法可提高總流量的讀取精度和工作效率。

4 電控系統(tǒng)設(shè)計

圖4 電氣控制原理圖

根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計要求，液壓系統(tǒng)大、小流量泵組可單獨控制，獨立運行，并在控制系統(tǒng)中增加調(diào)零、拉平、排油等控制功能，電氣原理圖如圖4 所示。

5 應(yīng)用情況

（1）調(diào)試結(jié)論。根據(jù)設(shè)計要求，從九個方面對試驗器性能進(jìn)行調(diào)試、鑒定，詳情如表1。

（2）某型發(fā)動機加力燃油總管試驗情況。利用新研制試驗器對某型發(fā)動機加力燃油總管標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行流量試驗，測得數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，最大誤差0.5%，符合設(shè)計要求。之后陸續(xù)對四臺某型發(fā)動機加力燃油總管進(jìn)行流量測量，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性良好，符合修理技術(shù)條件要求，且操作簡單，性能穩(wěn)定，受到了使用單位領(lǐng)導(dǎo)及操作者的好評。

表1 試驗器調(diào)試、鑒定表