某型飛機發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間不達標問題研究

李甜甜 闞玉平/中航飛機股份有限公司

0 引言

航空發(fā)動機是飛機的心臟，其服役狀態(tài)的監(jiān)測和檢測對于整機服役狀態(tài)的監(jiān)測和檢測意義重大。發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間是監(jiān)測發(fā)動機工作狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)之一，是反映發(fā)動機轉(zhuǎn)子軸承及發(fā)動機上安裝的附件運轉(zhuǎn)健康狀況的重要指標。通過發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間可以判斷發(fā)動機氣流通道和軸承有無卡滯或異常。當發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間出現(xiàn)異常時，應及時找出原因，以幫助飛行人員及維修人員更好地了解發(fā)動機的工作狀態(tài)并進行維修。

工程實踐中，參照原型機標準，某型飛機發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子慣性運轉(zhuǎn)時間規(guī)定為60s，然而，該發(fā)動機實際試車過程中的慣性運轉(zhuǎn)時間明顯低于設(shè)計指標，檢查多臺發(fā)動機高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、滑油壓力、滑油溫度、排氣溫度等工作參數(shù)均無異常。針對這一問題，本文對該型發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間的關(guān)鍵因素進行分析，通過試驗研究探索實際試車慣性運轉(zhuǎn)時間不達標的原因，提出該問題的解決方案，為我國航空發(fā)動機服役監(jiān)測和維修提供參考。

1 測量方法

在測量該型飛機發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間時，關(guān)閉交流發(fā)電機及飛機燃油增壓泵，觀察發(fā)動機指示告警顯示器上的高壓壓氣機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速數(shù)字指示和指針。該數(shù)值到達9%時高壓壓氣機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速開始平穩(wěn)減小，此時開始計時，到交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動時停止計時，所測得的時間即為飛機發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn) 時間。

現(xiàn)階段該型機參照原型機及實際工作參數(shù)，規(guī)定發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間為60s。圖1 為該型機發(fā)動機分別在試車臺不配裝液壓泵、試車臺配裝原型機液壓泵、飛機配裝國產(chǎn)液壓泵情況下測得的發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間統(tǒng)計結(jié)果。從圖1 中可以看出，三種情況下發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間差異較大，配裝國產(chǎn)液壓泵時發(fā)動機的慣性運轉(zhuǎn)時間最短，試車臺不配裝液壓泵時的時間最長。

2 關(guān)鍵因素分析

2.1 常規(guī)因素

飛機發(fā)動機的慣性運轉(zhuǎn)時間通常與環(huán)境溫度、試車時間、空氣密度（場高）、發(fā)動機運轉(zhuǎn)時間等有關(guān)。環(huán)境溫度和試車時間通過改變發(fā)動機的滑油黏度影響慣性運轉(zhuǎn)時間，通常情況下，環(huán)境溫度越高、試車時間越長，則發(fā)動機的滑油黏度越低，潤滑性能較好，有助于延長慣性運轉(zhuǎn)時間；場高較高時，空氣稀薄，發(fā)動機停車運轉(zhuǎn)阻力小，則慣性運轉(zhuǎn)時間延長；當發(fā)動機運轉(zhuǎn)足夠時間后，附件磨合情況較好，阻力較小，也會使發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間延長。

2.2 其他關(guān)鍵因素

為了探究影響慣性運轉(zhuǎn)時間的其他關(guān)鍵因素，對該型機與另一型飛機（以下簡稱Ⅱ型機）的發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間進行測量，并對兩機型測量結(jié)果進行對比分析。其中，該型機與Ⅱ型機安裝同型號發(fā)動機，發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間測量方法一致，但配裝液壓泵、發(fā)動機安裝方式及進氣道的長度不同。

圖1 某型飛機發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間統(tǒng)計

測量結(jié)果如表1 所示，就液壓泵、飛機進氣道、發(fā)動機安裝方式對慣性運轉(zhuǎn)時間的影響進行分析：該型機發(fā)動機配裝國產(chǎn)液壓泵，采用懸臂梁方式安裝于其機身側(cè)壁上；發(fā)動機推力通過主推力銷傳給主推力銷過渡件，再傳給主拉桿和前梁拉桿，最后由其將發(fā)動機推力傳給飛機；發(fā)動機在停轉(zhuǎn)過程中，其力的傳遞經(jīng)過幾個拉桿建立一個非絕對剛性的環(huán)境，致使其能量衰減較快，可能導致發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間減小；液壓泵作為發(fā)動機停車過程中的主要負載，對發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間有直接影響，停車時液壓泵負載越大，發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間越短；飛機進氣道設(shè)計決定著進入發(fā)動機的氣流量，在發(fā)動機停車過程中，進入發(fā)動機的空氣流量、速度直接影響發(fā)動機的慣性運轉(zhuǎn)時間。

綜上可以看出，對比臺架上發(fā)動機的慣性運轉(zhuǎn)時間可知，液壓泵的有無對發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間的測量影響較大。對比Ⅱ型機與該型機發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間可知，進氣道的長度、發(fā)動機安裝方式及液壓泵類型的不同也會對慣性運轉(zhuǎn)時間的測量造成影響。

3 試驗驗證

為得出液壓泵、飛機進氣道、發(fā)動機安裝方式對發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間的影響規(guī)律，進行下列兩個試驗研究。

3.1 飛機試車驗證試驗

基于工程實際，選擇一架發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間不達標的該型機，將配裝在發(fā)動機上的液壓泵拆下，并用工藝堵蓋的方法對發(fā)動機上的接口進行封堵。利用前述測量方法，測量地面開車時的發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間，將該時間與飛機出廠時在臺架上未安裝液壓泵測得的時間進行對比。

3.2 發(fā)動機臺架試驗

發(fā)動機臺架試驗的目的在于驗證液壓泵加載流量的大小對發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間的影響。對該型機發(fā)動機分別配裝Ⅰ型、Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵、原型機液壓泵，測量不同液壓泵加載流量下的發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間，同時測量該發(fā)動機不配裝液壓泵時的慣性運轉(zhuǎn)時間。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 飛機試車驗證

飛機試車驗證試驗中，測得的發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間均值為120s，與飛機出廠時未安裝液壓泵在臺架測得的時間相同。此試驗證明飛機進氣道和發(fā)動機安裝方式對慣性運轉(zhuǎn)時間無影響，液壓泵對慣性運轉(zhuǎn)時間的影響較 大。

4.2 無液壓泵及配裝原型機液壓泵驗證

試驗結(jié)果見表2、表3。由表中可知，發(fā)動機臺架試驗中，不配裝液壓泵時多次測得的慣性運轉(zhuǎn)時間均為136s。配裝原型機液壓泵時，當液壓泵加載流量最大時發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間最長；隨著液壓泵加載流量的減小，發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間隨之減小。同時，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，液壓泵加載流量為20 ～38L/min 時，慣性運轉(zhuǎn)時間變化平緩。當液壓泵加載流量為10L/min 時，慣性運轉(zhuǎn)時間顯著降低，即當液壓泵加載流量在較小范圍時對發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間的影響較大。

表2 發(fā)動機不配裝液壓泵

表3 發(fā)動機配裝原型機液壓泵

表4 發(fā)動機配裝Ⅰ型國產(chǎn)液壓泵

4.3 配裝國產(chǎn)液壓泵驗證

試驗結(jié)果見表4、表5。由表中可知，配裝Ⅰ型、Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵時，發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間均高于配裝原型機液壓泵時測得的時間。兩型液壓泵因額定出口壓力、全流量最大壓力、額定流量、進口壓力、殼體回油壓力等均不同，在相同的液壓泵加載流量下發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間也不同。同時，因Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵設(shè)計有卸荷功能，可降低發(fā)動機驅(qū)動泵組件的提取功率，因此在Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵下，當液壓泵加載流量大于3L/min左右時，慣性運轉(zhuǎn)時間受液壓泵加載流量的影響相對于Ⅰ型國產(chǎn)液壓泵稍低。但是，其與液壓泵加載流量的關(guān)系呈現(xiàn)出與配裝原型機液壓泵時同樣的趨勢，即隨著液壓泵加載流量的減小發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間縮短，當液壓泵加載流量減小至0 附近時發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間最短。慣性運轉(zhuǎn)時間在液壓泵加載流量較小時變化明顯。

4.4 總體結(jié)果分析

根據(jù)發(fā)動機臺架試驗結(jié)果，液壓泵加載流量為0 時，發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間最短。某型飛機發(fā)動機停車時液壓泵加載流量即為0，液壓泵對發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子的負載最大，因此導致現(xiàn)狀態(tài)飛機發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間不滿足規(guī)定指標要求。

表5 發(fā)動機配裝Ⅱ型國產(chǎn)液壓泵

Ⅰ型液壓泵加載流量為0 時，慣性運轉(zhuǎn)時間為56s，Ⅱ型液壓泵加載流量為0 時，慣性運轉(zhuǎn)時間為40s，原型機液壓泵加載流量為3L/min 時，慣性運轉(zhuǎn)時間為42s（原型機液壓泵未設(shè)計回油旁路，不能調(diào)整為0 流量）。該型機配裝Ⅰ型液壓泵，結(jié)合實際多架外場飛機發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，建議將該型機發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子慣性運轉(zhuǎn)時間指標由60s 改為50s。

5 結(jié)束語

針對某型機試車時多臺發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間低于設(shè)計指標要求問題，分析了影響發(fā)動機慣性運轉(zhuǎn)時間的關(guān)鍵因素，設(shè)計飛機試車及發(fā)動機臺架試驗，得出影響慣性運轉(zhuǎn)時間的主要因素，為監(jiān)測發(fā)動機工作狀態(tài)和維修提供參考，有助于進一步保障飛機服役安全。