高速水力測功器加減速時負(fù)載的響應(yīng)速度研究

（中國航發(fā)湖南動力機械研究所，湖南 株洲 412002）

在某渦軸發(fā)動機加減速試驗中，出現(xiàn)加減速時間超標(biāo)的現(xiàn)象。分析試驗數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)是由于水力測功器負(fù)載變化跟隨偏慢，導(dǎo)致發(fā)動機加減速時間超標(biāo)。通過調(diào)節(jié)水力測功器負(fù)載變化的響應(yīng)速度后，水力測功器負(fù)載能及時地跟隨發(fā)動機輸出功率的變化速度，重復(fù)試驗時，發(fā)動機加減速時間未再出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

1 水力測功器簡介

1.1 水力測功器工作原理

水力測功器的原理是通過水力測功器轉(zhuǎn)子葉片對水的攪拌，將發(fā)動機輸出的機械能轉(zhuǎn)化為水的熱能，然后隨著水的流動將熱能帶走，通過散熱裝置將能量消耗。

水力測功器通過電液伺服閥來調(diào)節(jié)進水閥，從而調(diào)節(jié)進水量的大小，通過調(diào)節(jié)排水閥來調(diào)節(jié)水在測功器中水壓的大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)測功器吸收功率的大小。進水閥開度越大，排水閥開度越小，測功器吸收的功率越大；反之，測功器吸收的功率越小。

水力測功器是通過測量水力測功器殼體的反向扭矩以及水力測功器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，計算出發(fā)動機的輸出功率，以此評定發(fā)動機的性能，為發(fā)動機研制提供試驗數(shù)據(jù)支撐。

1.2 水力測功器負(fù)載調(diào)節(jié)控制方式

在工程應(yīng)用中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID 控制。水力測功器負(fù)載響應(yīng)速度是通過調(diào)節(jié)PID 來控制負(fù)載的響應(yīng)速度以及達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需要的時間。增加P值、D值可以減小控制曲線的擺幅，增大I值可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

水力測功器還可以通過加減速提前量控制參數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載的響應(yīng)速度。在發(fā)動機進行加減速試驗時，水力測功器控制系統(tǒng)會根據(jù)試驗臺給出的負(fù)載瞬變信號，自動判斷負(fù)載需要的變化速度，在已設(shè)置的加減速提前量容許范圍內(nèi)，迅速改變負(fù)載的大小。加減速提前量控制參數(shù)設(shè)置越大，負(fù)載響應(yīng)越快。

2 水力測功器應(yīng)用

2.1 試驗中出現(xiàn)的問題

在某渦軸發(fā)動機加減速試驗中出現(xiàn)加減速時間超過規(guī)范值的現(xiàn)象。

2.2 對出現(xiàn)的問題的分析

飛行慢車到中間狀態(tài)的加速曲線如圖1 所示。由圖1 可以看出，加速過程中，發(fā)動機控制系統(tǒng)負(fù)載桿位置CLP 動作是很迅速的，而扭矩Mkp 動作明顯滯后?？梢酝ㄟ^加快測功器負(fù)載的響應(yīng)速度，使Mkp 快速增加，以達(dá)到發(fā)動機加減速過程快速完成的目的。

2.3 解決方法

根據(jù)以往的使用經(jīng)驗，調(diào)節(jié)PID值可以改變水力測功器的響應(yīng)速度。

將P值從1.0 調(diào)節(jié)為2.3 時，發(fā)動機加速試驗時，水力測功器跟隨明顯變快，但是在穩(wěn)定狀態(tài)時，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速Np波動偏大（±70 r/min）。

將P值改為1.5，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速Np波動比較?。ā?0 r/min 以內(nèi)），但是加速時間超標(biāo)。

將P值改為3.5，加速時間符合要求，而穩(wěn)定狀態(tài)Np轉(zhuǎn)速波動超過±50 r/min，不符合要求。

發(fā)動機加減速時，控制系統(tǒng)有專門的識別程序，當(dāng)負(fù)載在1 s 內(nèi)變化超過最大負(fù)載的30%時，控制軟件會判斷為發(fā)動機正在加減速，從而提前加減供油量。鑒于此，為配合發(fā)動機的加減速，測功器負(fù)載需要提前快速增加或者減小負(fù)載。通過查找測功器原版說明書，找到了測功器負(fù)載快速變化的提前量控制參數(shù)。在測功器控制軟件的安裝文件夾中打開Controlcoef.ini 配置文件，將其中的加減速提前量控制參數(shù)（Torque Control Int Max Err）由（5.0e+000）改為（8.0e+000）。重復(fù)加減速試驗，水力測功器負(fù)載變化速率較之前明顯變快，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速波動也在合格范圍內(nèi)，發(fā)動機加減速時間符合規(guī)定值，如圖2 所示。

圖1 飛行慢車到中間狀態(tài)加速曲線

圖2 修改水力測功器響應(yīng)前后車臺負(fù)載變化

3 結(jié)束語

此次試驗中，發(fā)現(xiàn)并找到了Froude 水力測功器加減速提前量參數(shù)，通過調(diào)節(jié)水力測功器加減速提前量參數(shù)，達(dá)到了兩個目的：解決了以往單純通過調(diào)節(jié)PID值，導(dǎo)致負(fù)載響應(yīng)速度與負(fù)載穩(wěn)定狀態(tài)相互矛盾；提高了水力測功器負(fù)載的響應(yīng)速度，滿足了發(fā)動機的試驗需求。