發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間分析

李向明 李玉芳

摘要： 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間取決于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及阻力矩。阻力矩包括摩擦阻力矩，風(fēng)力阻力矩以及液壓負(fù)載帶來的液壓阻力矩。發(fā)動(dòng)機(jī)不帶負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子平衡做得越好或轉(zhuǎn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子的潤滑效果越好，則發(fā)動(dòng)機(jī)在停轉(zhuǎn)過程中阻力矩越小，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間能直接反映發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)潤滑的好壞及平衡的好壞。由于發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，為合理確定發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析計(jì)算和負(fù)載加載開車實(shí)測，以便給出的時(shí)間更合理。

Abstract： The engine inertia running time depends on the moment of the inertia and resistance moment of the rotor system. The resistance moment include friction resistance moment， wind resistance moment and hydraulic resistance moment brought by hydraulic load. When the engine is not loaded， the better the balance of the rotor is or the better lubrication effect of the rotor is when engine is turning， the smaller the resistance moment is. Therefore， the inertia running time of the engine can directly reflect the lubrication quality and the balance of the rotor support system of the engine. Due to the complexity of the engine transmission system， except carry out the mathematical analysis and calculation， we must carry out the loading work test when we determine the reasonable engine inertia running time.

關(guān)鍵詞： 慣性運(yùn)轉(zhuǎn);數(shù)學(xué)分析;開車實(shí)測;時(shí)間

Key words： inertia running;mathematical analysis;work test;time

中圖分類號(hào)：V212.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）01-0047-03

0 ?引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的的正常使用過程中，一般會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間來考量發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否良好。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，由于發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作的實(shí)際情況，目前國內(nèi)沒有進(jìn)行過理論分析和計(jì)算。在發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的計(jì)算分析過程中，負(fù)載是主要考慮因素，尤其是液壓負(fù)載[1]，除此之外，轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其制造誤差、安裝平衡性以及在外場時(shí)的風(fēng)阻等都會(huì)影響其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。對(duì)于風(fēng)阻的影響，有可能為正向因素，也可能為負(fù)向因素，需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)與風(fēng)向的角度不同而不同。

1 ?發(fā)動(dòng)機(jī)裸機(jī)狀態(tài)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間分析

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)應(yīng)考慮所有傳動(dòng)系，按出廠狀態(tài)安裝所有機(jī)載設(shè)備。為獲取裸機(jī)狀態(tài)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，獲取傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，根據(jù)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程解算慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

以某發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)為例，其傳動(dòng)系的組成見圖1。通過CATIA建?；虬垂剑?）[2]、公式（2）[3]獲取所有設(shè)備及傳動(dòng)系中各零組部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。公式（1）為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，公式（2）為同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算方法。以每一傳動(dòng)軸為研究對(duì)象，在忽略各種能量損失的情況下，假設(shè)轉(zhuǎn)子平衡做得很好，使得每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的質(zhì)心均在轉(zhuǎn)軸

上[4]，根據(jù)動(dòng)量定理，等效部件的總動(dòng)能等于各運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能之和[2]，見公式（3）。由公式（1）～（3）計(jì)算獲取發(fā)動(dòng)機(jī)1號(hào)傳動(dòng)系等效部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為40.22kg·m2，2號(hào)傳動(dòng)系等效部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為12.36kg·m2。根據(jù)回轉(zhuǎn)支承裝置的摩擦阻力矩[5]計(jì)算公式（4），在計(jì)算中，滾動(dòng)摩擦系統(tǒng)μ值的選取較為復(fù)雜，一般在0.005～0.014[6]之間選取。1號(hào)傳動(dòng)系D0為210mm，2號(hào)傳動(dòng)系D0為140mm，軸向載荷G均按風(fēng)車阻力1500N[7]考慮，傾覆力矩M按0N處理，徑向載荷H按轉(zhuǎn)子重量考量，1號(hào)傳動(dòng)系重量為485.9kg，2號(hào)傳動(dòng)系重量為326.1kg。根據(jù)上述假設(shè)，計(jì)算獲取發(fā)動(dòng)機(jī)1號(hào)及2號(hào)傳動(dòng)系的摩擦阻力矩見圖2。以發(fā)動(dòng)機(jī)1000r/min起開始計(jì)算慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，由定軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)公式（5）計(jì)算獲取發(fā)動(dòng)機(jī)1號(hào)及2號(hào)傳動(dòng)系慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間見圖3。

公式（6）中，Mz為負(fù)載阻力矩，單位N·m，Q為液壓流量，單位L/min，ΔP為負(fù)載壓差，單位MPa，ω為角速度。

由于液壓負(fù)載掛在2號(hào)傳動(dòng)系統(tǒng)上，根據(jù)最大液壓負(fù)載情況及公式（5），計(jì)算獲取帶最大負(fù)載時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)2號(hào)傳動(dòng)系慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間見圖5。2號(hào)傳動(dòng)系空載和滿載情況下慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間見圖6。

從上述結(jié)果可以看出，液壓負(fù)載對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)的影響相對(duì)較大，尤其在摩擦系數(shù)較小時(shí)，因此，在確定液壓負(fù)載時(shí)，需與發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商協(xié)商[1]，以免影響發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)。

3 ?發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間實(shí)測情況

發(fā)動(dòng)機(jī)帶與不帶負(fù)載的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間可以從實(shí)際試車記錄中獲取，對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了臺(tái)架裝液壓泵但液壓負(fù)載在3MPa左右、不裝液壓泵以及發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)后液壓負(fù)載為滿負(fù)載15MPa的慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行了實(shí)測，2號(hào)傳動(dòng)系統(tǒng)測試結(jié)果見圖7。實(shí)測結(jié)果表明，液壓負(fù)載對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)的影響與預(yù)估的結(jié)果一致。

4 ?結(jié)語

發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是考量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)靈活與否的參數(shù)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，可以通過合理分析計(jì)算獲取，但實(shí)際量值的確定因轉(zhuǎn)子支承的摩擦阻力系數(shù)無法準(zhǔn)確給出而需通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架多次試車后綜合考量確定。另外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載存在差異時(shí)，必然造成阻力矩的差異，該值必須重新再次核定。

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