某型起動自動切油超溫保護(hù)裝置功能改進(jìn)研究

李建英 李瓊

【摘 要】本文介紹了某渦槳發(fā)動機(jī)目前使用的起動自動切油超溫保護(hù)裝置的功能及使用過程中存在的問題，通過對功能的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，提出功能改進(jìn)需求及其方案，并將改進(jìn)的裝置隨發(fā)動機(jī)進(jìn)行了試車驗證，驗證了改進(jìn)需求的可行性及有效性，得出改進(jìn)后的裝置在使用過程中能大大減小發(fā)動機(jī)非正常停車概率的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】起動自動切油 渦輪后溫度 起動規(guī)律 超溫保護(hù) 斷偶/短偶

1 引言

某渦槳發(fā)動機(jī)用起動自動切油超溫保護(hù)裝置在發(fā)動機(jī)地面起動過程中，通過監(jiān)控發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n、渦輪后溫度T*4（排氣溫度）和大氣溫度T0等參數(shù)，根據(jù)相應(yīng)的起動規(guī)律，控制發(fā)動機(jī)燃油調(diào)節(jié)器切油電磁閥的動作，修正供油量，實現(xiàn)起動自動切油功能。同時，該裝置設(shè)置了超溫保護(hù)功能。超溫保護(hù)功能采用雙余度設(shè)計，即軟件和硬件超溫保護(hù)。

近年來，多次發(fā)生了地面起動過程中因起動自動切油超溫保護(hù)裝置接收到異常排氣溫度信號發(fā)出停車指令，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)非正常停車故障。

為提高起動自動切油超溫保護(hù)裝置對發(fā)動機(jī)虛假排氣溫度信號的識別能力和抗干擾能力，避免再次出現(xiàn)因接收到異常排溫信號發(fā)出停車指令，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)非正常停車的故障，需對其功能進(jìn)行完善改進(jìn)。

2 起動自動切油超溫保護(hù)裝置主要功能簡介

2.1起動自動切油功能

在發(fā)動機(jī)地面起動過程中，通過監(jiān)控發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n、渦輪后溫度T* 4及大氣溫度T0等，控制燃油調(diào)節(jié)器切油電磁閥的動作，完成自動切油的功能，使發(fā)動機(jī)在不超溫的情況下成功起動。

2.2起動超溫保護(hù)功能

起動過程中，當(dāng)渦輪后溫度T*4超過設(shè)定值（640±10）℃時，輸出停車信號給燃油調(diào)節(jié)器停車電磁閥，使發(fā)動機(jī)停車，實現(xiàn)超溫保護(hù)功能。該功能采用雙余度設(shè)計，即軟件和硬件超溫保護(hù)。在起動過程中出現(xiàn)超溫時，一般由軟件發(fā)出停車信號控制燃油調(diào)節(jié)器上的停車電磁閥，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)保護(hù)停車。如果軟件控制失效，則由硬件發(fā)出停車信號控制燃油調(diào)節(jié)器上的停車電磁閥，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)超溫保護(hù)停車。

2.3分時控制功能

一臺起動自動切油超溫保護(hù)裝置分時控制一架飛機(jī)的四臺發(fā)動機(jī)起動，飛機(jī)操作臺設(shè)置電源開關(guān)，四臺發(fā)動機(jī)均起動成功后，斷開該電源開關(guān)。

3 薄弱環(huán)節(jié)分析及改進(jìn)需求

3.1薄弱環(huán)節(jié)分析

針對導(dǎo)致非正常停車的原因均為排氣溫度信號異常而非發(fā)動機(jī)真正超溫，對起動自動切油超溫保護(hù)裝置的超溫功能設(shè)置薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行如下分析：

起動自動切油超溫保護(hù)裝置的超溫保護(hù)功能中設(shè)置有軟件和硬件保護(hù)停車功能，兩者工作原理相同，即在發(fā)動機(jī)起動過程中，當(dāng)排氣溫度單點超過設(shè)定值時發(fā)出停車信號。

另外，由于溫度信號采集方式為有源采集，當(dāng)排氣溫度測量線路出現(xiàn)短路或接觸不良時，采集的溫度信號會超過設(shè)定值，該裝置也會發(fā)出停車信號。

由于一臺起動自動切油超溫保護(hù)裝置分時控制四臺發(fā)動機(jī)的起動，四臺發(fā)動機(jī)起動成功后才關(guān)閉電源開關(guān)，軟件停車功能在發(fā)動機(jī)起動成功后即退出控制，而硬件停車功能在電源開關(guān)接通期間均參與控制。正是由于硬件停車功能持續(xù)參與控制導(dǎo)致在發(fā)動機(jī)排氣溫度信號異常時即發(fā)出停車信號。

在保證起動自動切油超溫保護(hù)裝置的超溫功能有效性的前提下提高容錯性，需要針對軟件保護(hù)停車功能和硬件保護(hù)停車功能進(jìn)行改進(jìn)，有效區(qū)分發(fā)動機(jī)真正超溫和排氣溫度信號異?，F(xiàn)象。

3.2改進(jìn)需求

3.2.1發(fā)動機(jī)起動成功后，軟、硬件均自動退出對該臺發(fā)動機(jī)的控制

發(fā)動機(jī)起動成功并穩(wěn)定在慢車狀態(tài)時，發(fā)動機(jī)的排氣溫度穩(wěn)定在230℃左右，不會出現(xiàn)超溫情況。此時硬件超溫保護(hù)功能如繼續(xù)參與控制，則可能導(dǎo)致在發(fā)動機(jī)排溫信號異常時硬件發(fā)出停車信號。因此，在發(fā)動機(jī)起動成功后起動自動切油超溫保護(hù)裝置的軟/硬件均退出控制可有效避免排氣溫度信號受外界干擾導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)非正常停車故障，可提高其容錯性。

3.2.2取消硬件斷偶保護(hù)功能，增加軟件斷偶/短偶告警功能

軟件斷偶/短偶告警功能是在發(fā)動機(jī)排氣溫度采集線路及傳感器出現(xiàn)斷路/短路時，起動自動切油超溫保護(hù)裝置的軟件控制電路僅發(fā)出告警信號，發(fā)動機(jī)不自動停車。

因機(jī)上EICAS顯示的與發(fā)動機(jī)有關(guān)的參數(shù)有多個，發(fā)動機(jī)排氣溫度僅是其中之一，發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)可以通過其余參數(shù)進(jìn)行綜合判斷是否需要停車，所以取消硬件斷偶保護(hù)功能避免非正常停車是可行的。

3.2.3完善排氣溫度超溫停車判據(jù)

為提高起動自動切油超溫保護(hù)裝置的抗干擾能力，通過增加溫度上升趨勢判斷，防止采集到虛假的溫度信號導(dǎo)致發(fā)動機(jī)立即停車，以提高可靠性。

4 功能改進(jìn)方案

4.1發(fā)動機(jī)起動成功后，軟、硬件均自動退出對該臺發(fā)動機(jī)的控制

起動自動切油超溫保護(hù)裝置在控制任意一臺發(fā)動機(jī)起動成功之后，控制軟件通過硬件電路發(fā)出起動成功信號，將發(fā)出的起動成功信號，進(jìn)行信號格式轉(zhuǎn)換后，再切斷硬件停車控制電路，使得硬件停車信號無法發(fā)出。

該方案的實施需對起動自動切油超溫保護(hù)裝置的硬件電路進(jìn)行細(xì)微改動，對原電路參數(shù)的設(shè)置無影響，風(fēng)險小，可實施性較強(qiáng)。

4.2取消硬件斷偶保護(hù)功能，增加軟件斷偶/短偶告警功能

因現(xiàn)有的有源采集方式不能避免在發(fā)動機(jī)排氣溫度線路接觸不良或斷路的情況下發(fā)出停車信號。對硬件電路進(jìn)行改進(jìn)，將改進(jìn)前“采用有源+12V溫度信號采集電路，未增加告警功能”改為“采用負(fù)電源（-8V）溫度信號采集電路（改進(jìn)前后采集線路見圖1和圖2），并具有告警功能”，可以實現(xiàn)改進(jìn)功能。

圖1 改進(jìn)前采集線路 圖2改進(jìn)后采集線路

4.3排氣溫度超溫停車判據(jù)優(yōu)化方案

將起動自動切油超溫保護(hù)裝置的軟件發(fā)出停車指令采用多點采集，分階段判斷的方式，加強(qiáng)控制軟件對排氣溫度變化趨勢的判斷；硬件停車電路增加對超溫信號時長的測量，通過對軟硬件停車功能的改進(jìn)，可提高產(chǎn)品發(fā)出停車信號的正確性。

5 隨發(fā)動機(jī)驗證試驗

為了驗證起動自動切油超溫保護(hù)裝置的上述改進(jìn)功能，將貫徹了改進(jìn)方案的起動自動切油超溫保護(hù)裝置隨發(fā)動機(jī)聯(lián)試，重點驗證其起動自動切油功能、排氣溫度采集線路接觸不良時的告警功能。因發(fā)動機(jī)無法創(chuàng)造真正超溫條件，所以超溫停車功能無法驗證，該功能僅在試驗器上進(jìn)行了驗證。

試驗結(jié)果表明：起動自動切油超溫保護(hù)裝置的起動自動切油功能能滿足發(fā)動機(jī)需要；當(dāng)發(fā)動機(jī)排氣溫度采集線路接觸不良時，起動自動切油超溫保護(hù)裝置能發(fā)出告警信號而發(fā)動機(jī)不停車，實現(xiàn)了功能改進(jìn)需求。

6 結(jié)語

綜上所述，軟硬件退出控制時機(jī)明確、排氣溫度測量線路異常時只報警不停車的處置方式及排氣溫度超溫停車判據(jù)的優(yōu)化等三方面的改進(jìn)需求是可行有效的，能在保證起動自動切油超溫保護(hù)裝置的超溫功能有效性的前提下提高容錯性，大大減小使用過程中發(fā)動機(jī)非正常停車的概率。

作者簡介：李建英（1984—），女，畢業(yè)于南昌航空大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事發(fā)動機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與試驗專業(yè)工作；李瓊（1967—），女，畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)，研高工，現(xiàn)從事發(fā)動機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與試驗專業(yè)工作。