某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)α2 自動(dòng)上升現(xiàn)象研究

胡宇超 錢(qián)倫凱 李鵬輝/成都航利（集團(tuán)）實(shí)業(yè)有限公司

0 引言

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，每種參數(shù)的變化均反映了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的改變，異常的參數(shù)變化往往是故障的征兆，但發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面具有的某些特點(diǎn)會(huì)在特定的條件下引發(fā)局部參數(shù)的特殊變化，這些變化并不完全是故障，通過(guò)對(duì)其分析可以更加深入地了解發(fā)動(dòng)機(jī)工作的狀態(tài)。

1 現(xiàn)象描述

某型發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)共13 級(jí)，其中低壓壓氣機(jī)4 級(jí)，高壓壓氣機(jī)9 級(jí)。為保證高、低壓壓氣機(jī)的喘振裕度和效率，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)上采用低壓壓氣機(jī)第一級(jí)進(jìn)口導(dǎo)流葉片葉梢尾端1/3 段變彎度可調(diào)，高壓壓氣機(jī)前三級(jí)導(dǎo)流葉片可調(diào)。

一架該型發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中因高壓壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)葉片角度α2（以下簡(jiǎn)稱(chēng)α2）上升緩慢，在開(kāi)涵道對(duì)高壓壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)葉片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行清洗潤(rùn)滑時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)高壓可調(diào)葉片傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)合力共3.5kgf，高壓作動(dòng)筒返廠檢查修理。該機(jī)地面開(kāi)車(chē)，在飛機(jī)增壓泵接通、發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)α2自動(dòng)上升現(xiàn)象。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)α2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

發(fā)動(dòng)機(jī)α2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主燃油泵調(diào)節(jié)器導(dǎo)向器控制機(jī)構(gòu)、高壓導(dǎo)向葉片傳動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)、反饋鋼索、作動(dòng)筒及相連的導(dǎo)管等組成。作動(dòng)筒兩腔供油由主燃油泵調(diào)節(jié)器導(dǎo)向器高壓分油活門(mén)控制，通過(guò)作動(dòng)筒活塞桿的移動(dòng)推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，反饋鋼索進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3 原因分析

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，主燃油泵調(diào)節(jié)器所有活門(mén)工作在控制油壓（定壓油）和環(huán)境油壓（主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔）建立的壓差環(huán)境中，高壓壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)葉片角度α2通過(guò)控制油壓和泵內(nèi)腔環(huán)境油壓形成的壓差進(jìn)行控制，主燃油泵調(diào)節(jié)器通過(guò)漏油管連通轉(zhuǎn)接管，使主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的油壓與轉(zhuǎn)接管油壓一致；發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)部油壓與轉(zhuǎn)接管處油壓保持一致。

圖1 高壓壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)葉片控制原理圖

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)α2 角度的調(diào)節(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，由主燃油泵調(diào)節(jié)器指令杠桿帶動(dòng)高壓分油活門(mén)移動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，分油活門(mén)從中立位置左移時(shí)，分油活門(mén)切斷主燃油泵調(diào)節(jié)器齒輪泵后油路與作動(dòng)筒有桿腔的連通，打開(kāi)作動(dòng)筒有桿腔到主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的回油，同時(shí)打開(kāi)主燃油泵調(diào)節(jié)器齒輪泵后油路與作動(dòng)筒無(wú)桿腔的連通，關(guān)閉作動(dòng)筒無(wú)桿腔到主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的回油。此時(shí)，因泵后油壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的油壓，在壓差作用下，作動(dòng)筒活塞桿左移伸出，帶動(dòng)α2角度增加，同時(shí)在反饋機(jī)構(gòu)的作用下，帶動(dòng)分油活門(mén)右移，限制α2角度繼續(xù)增大。反之，則活塞桿右移收回，α2角度下降。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)、飛機(jī)增壓泵接通時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析

發(fā)動(dòng)機(jī)未起動(dòng)、飛機(jī)增壓泵接通時(shí)，主燃油泵調(diào)節(jié)器進(jìn)油口與轉(zhuǎn)接管回油油壓一致，泵后油壓與主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔油壓一致。分油活門(mén)處于任何位置都會(huì)使有桿腔和無(wú)桿腔連通的油路油壓一致。此時(shí)，因無(wú)桿腔截面比有桿腔截面大（后者少一個(gè)活塞桿截面，見(jiàn)圖2），導(dǎo)致油液在無(wú)桿腔一側(cè)對(duì)活塞的作用力大于有桿腔一側(cè)，活塞有伸出的趨勢(shì)。

圖2 高壓作動(dòng)筒活塞桿

以f活塞表示活塞運(yùn)動(dòng)阻力；f機(jī)構(gòu)表示高壓可調(diào)靜子葉片機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)阻力；f反饋表示反饋機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)阻力；P油表示泵增壓值；S活塞桿表示作動(dòng)筒活塞桿截面；S有桿腔表示作動(dòng)筒有桿腔油液的有效截面；S無(wú)桿腔表示作動(dòng)筒無(wú)桿腔油液的有效截面。則：

S活塞桿=S無(wú)桿腔-S有桿腔

當(dāng)f活塞+f機(jī)構(gòu)+f反饋≤P油×S活塞桿時(shí)，作動(dòng)筒活塞桿左移，活塞桿伸出，α2角度上升。

當(dāng)f活塞+f機(jī)構(gòu)+f反饋≥P油×S活塞桿時(shí)，作動(dòng)筒活塞桿不伸出，α2角度不變。

3.3 案例發(fā)動(dòng)機(jī)情況

上述發(fā)動(dòng)機(jī)高壓可調(diào)葉片傳動(dòng)機(jī) 構(gòu) 兩 側(cè) 合 力 共3.5kgf，即f機(jī)構(gòu)+f反饋= 3.5kgf。其作動(dòng)筒經(jīng)過(guò)廠內(nèi)返修后阻力減小，統(tǒng)計(jì)測(cè)量廠內(nèi)其他新修作動(dòng)筒的阻力值約為2 ～3kgf，因此雙側(cè)作動(dòng)筒活塞運(yùn)動(dòng)阻力f活塞min=4kgf，f活塞max=6kgf，因此

f活塞+f機(jī)構(gòu)+f反饋=（7.5 ～9.5）kgf

廠內(nèi)修理時(shí)，作動(dòng)筒活塞桿的直徑尺寸控制在15.77 ～16.07mm，則雙側(cè)活塞桿總截面積為S活塞桿=2×3.14×（16/2）2/100=4cm2；根據(jù)外場(chǎng)所測(cè)泵增壓值為0.236MPa，即

P油=0.236/0.098=2.41kgf/cm2

P油×S活塞桿=9.64kgf

新修的作動(dòng)筒活塞桿摩擦阻力普遍偏小。當(dāng)作動(dòng)筒活塞桿阻力小時(shí)，P油×S活塞桿>f活塞+f機(jī)構(gòu)+f反饋，使 得 活塞桿在飛機(jī)增壓泵接通時(shí)伸出，α2上升；當(dāng)作動(dòng)筒活塞桿摩擦阻力較大時(shí)，P油×S活塞桿≤f活塞+f機(jī)構(gòu)+f反饋，活塞桿在飛機(jī)增壓泵接通時(shí)不能伸出，α2不會(huì)上升。

上述發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)筒新修后摩擦阻力偏小，加之有油封滑油殘留等原因，導(dǎo)致作動(dòng)筒活塞桿摩擦阻力低，在飛機(jī)增壓泵接通時(shí)P油×S活塞桿>f活塞+f機(jī)構(gòu)+f反饋，使得活塞桿能夠克服較低的阻力伸出，α2上升。

3.4 同類(lèi)現(xiàn)象梳理

另一臺(tái)同型發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)開(kāi)涵道潤(rùn)滑α2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)后也出現(xiàn)試車(chē)時(shí)接通增壓泵后α2自動(dòng)上升到60°的情況。冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隨著N2轉(zhuǎn)速的上升，α2自動(dòng)回落到初始位置；模擬試驗(yàn)試車(chē)過(guò)程中，也曾出現(xiàn)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在接通增壓泵后α2自動(dòng)上升情況，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，隨著N2轉(zhuǎn)速的上升，α2都自動(dòng)回落到初始位置。

4 總結(jié)

因作動(dòng)筒活塞桿有桿腔有效截面積小于無(wú)桿腔，導(dǎo)致相同油壓下活塞右側(cè)受力大于左側(cè)，存在使活塞桿伸出的作用力差。

如果活塞桿截面較小，增壓泵油壓較低，同時(shí)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)阻尼較大，那么接通增壓泵后該作用力差很難抵消運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻力，不會(huì)出現(xiàn)α2自動(dòng)上升現(xiàn)象。但當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑較好、作動(dòng)筒活塞桿摩擦力較小時(shí)，該作用力差可能克服阻力推動(dòng)活塞桿伸出，出現(xiàn)α2上升現(xiàn)象。

該現(xiàn)象發(fā)生后不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)使用，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后隨著轉(zhuǎn)速的增加，α2將自動(dòng)回落；發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)使用一段時(shí)間后，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)阻尼將逐漸變大，作動(dòng)筒活塞桿阻尼逐漸上升，該現(xiàn)象將消失。