航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油與控制系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究

陳昊洋

[摘要]燃油與控制系統(tǒng)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的神經(jīng)系統(tǒng)，其安全可靠性對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作有致命的影響。為了確保科研階段航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)及科研試飛安全可靠，必須對(duì)燃油與控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，以便預(yù)先評(píng)估航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油與控制系統(tǒng)的安全可靠性。本論文主要研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛中燃油與控制系統(tǒng)的測(cè)試監(jiān)控技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]航空發(fā)動(dòng)機(jī)；整機(jī)試驗(yàn)；科研試飛；燃油與控制系統(tǒng)；測(cè)試技術(shù)

1引言

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)大量整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛才能最終確定燃油與控制系統(tǒng)的性能、可靠性和操縱性。在整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛中，臺(tái)面儀表僅顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和告警參數(shù)，幾乎沒(méi)有監(jiān)控顯示燃油與控制系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。如果不對(duì)燃油與控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試改裝，在整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛中則無(wú)法預(yù)估燃油與控制系統(tǒng)的安全可靠性，也不利于燃油與控制系統(tǒng)的故障排查。為了降低整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛的風(fēng)險(xiǎn)，必須加強(qiáng)燃油與控制系統(tǒng)的全面監(jiān)控，保障試驗(yàn)安全可靠的進(jìn)行。

2燃油與控制系統(tǒng)組成

燃油與控制系統(tǒng)主要由離心式增壓泵、低壓燃油濾、燃油調(diào)節(jié)器、電子控制器、燃滑油散熱器、超轉(zhuǎn)放油閥、各類(lèi)傳感器及電纜等附件組成。

3燃油系統(tǒng)測(cè)試

燃油系統(tǒng)由離心式增壓泵、低壓燃油濾、燃油調(diào)節(jié)器、燃滑油散熱器及超轉(zhuǎn)放油閥等附件組成，其作用是將燃油輸送到燃燒室，保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)各種工作狀態(tài)下所需的燃油。飛機(jī)或臺(tái)面儀表僅監(jiān)控燃油濾堵塞和燃油壓力低兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)告警信號(hào)。因此，必須對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試改裝，才能全面監(jiān)控燃油系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保證試驗(yàn)安全進(jìn)行。

3.1增壓泵進(jìn)出口燃油壓力和燃油溫度的測(cè)試

燃油系統(tǒng)組成元件，尤其是燃油調(diào)節(jié)器只能在特定的進(jìn)口燃油壓力和溫度范圍內(nèi)正常工作，否則工作異常，給發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作造成一定的影響。通過(guò)對(duì)增壓泵進(jìn)出口燃油壓力和溫度進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，可以避免燃油系統(tǒng)在燃油壓力和溫度規(guī)定值外工作，如圖2所示。

燃油壓力開(kāi)關(guān)雖然具有燃油壓力低告警功能，但是不能對(duì)燃油壓力數(shù)值進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)在燃油壓力開(kāi)關(guān)和燃油管路連接處增加一個(gè)三通的管接頭，既不影響燃油壓力低告警功能，又可以監(jiān)控燃油壓力的實(shí)際值。在試驗(yàn)過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)增壓泵后燃油壓力數(shù)值異常，便提醒操作員降低飛行高度或者打開(kāi)飛機(jī)油箱增壓泵，避免造成不必要的損失。

3.2計(jì)量燃油流量和計(jì)量燃油壓力的測(cè)試

燃油系統(tǒng)首要的任務(wù)就是保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)各種工作狀態(tài)下的燃油需求，燃油調(diào)節(jié)器便是完成該任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電子控制器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)輸出計(jì)量油針給定信號(hào)至泵調(diào)節(jié)器，泵調(diào)節(jié)器接收到信號(hào)后輸出相應(yīng)的燃油，并將計(jì)量油針?lè)答佇盘?hào)傳輸給電子控制器。泵調(diào)節(jié)器理論供油流量和實(shí)際供油流量有一定的誤差，誤差超出一定范圍時(shí)就會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。通過(guò)對(duì)泵調(diào)節(jié)器出口對(duì)計(jì)量燃油流量和燃油壓力進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)泵調(diào)節(jié)器實(shí)際供油流量和理論供油流量的對(duì)比分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控泵調(diào)節(jié)器的工作特性。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)超轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)，電子控制器控制超轉(zhuǎn)放油閥按照既定規(guī)律工作，可以避免飛機(jī)因發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)停車(chē)而失去動(dòng)力。在超轉(zhuǎn)放油閥出口測(cè)試監(jiān)控燃油特性，不但可以監(jiān)控超轉(zhuǎn)放油閥的工作狀況，也可以監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴前的燃油壓力，如圖2所示。

4控制系統(tǒng)測(cè)試

控制系統(tǒng)集信號(hào)采集與處理、故障診斷與對(duì)策、控制方法與控制規(guī)律于一體，主要由傳感器、電纜和電子控制器等組成，其中電子控制器軟件和硬件結(jié)合在一起成為控制系統(tǒng)的核心部件。

在正常使用過(guò)程，電子控制器將發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)和控制系統(tǒng)故障告警信號(hào)輸送至臺(tái)面儀表，但是傳感器和電子控制器的工作特性無(wú)法監(jiān)控。為了在整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛時(shí)，實(shí)時(shí)掌握控制系統(tǒng)工作狀態(tài)，便于故障的排查和分析，可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試改裝，具體如圖3所示。在電子控制器方案設(shè)計(jì)時(shí)，便充分考慮了整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛測(cè)試改裝的需要，對(duì)其通訊端口進(jìn)行了余度設(shè)計(jì)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)時(shí)，電子控制器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)工作狀態(tài)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)能實(shí)時(shí)顯示信號(hào)參數(shù)及試驗(yàn)曲線、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)、故障告警信息等，還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。

在科研試飛時(shí)，電子控制器可以和飛機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是飛機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)只能將少量關(guān)鍵信息傳輸至地面監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)將整機(jī)試驗(yàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊接口處安裝一個(gè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄儀，可以詳細(xì)記錄存儲(chǔ)試驗(yàn)過(guò)程燃油與控制系統(tǒng)的信息，以便進(jìn)行曲線回放和分析，也為燃油與控制系統(tǒng)安全性評(píng)估及故障排查提供依據(jù)。

5試驗(yàn)驗(yàn)證

燃油與控制系統(tǒng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)燃油與控制系統(tǒng)實(shí)際供油流量比理論供油流量低，引起發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗。

燃油與控制系統(tǒng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)裝飛機(jī)科研試飛時(shí)，控制系統(tǒng)向飛機(jī)座艙儀表輸出導(dǎo)葉電磁閥故障。通過(guò)分析控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄儀存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)因?qū)~給定信號(hào)和反饋信號(hào)偏差超出規(guī)定值，引起控制系統(tǒng)報(bào)導(dǎo)葉電磁閥故障。

6總結(jié)

通過(guò)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油與控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試監(jiān)控，可以全面掌控在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)和科研試飛中燃油與控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，也能預(yù)先評(píng)估燃油與控制系統(tǒng)的安全可靠性，保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。測(cè)試監(jiān)控存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也為燃油與控制系統(tǒng)的故障排查和分析提供了依據(jù)，保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油與控制系統(tǒng)研制工作順利開(kāi)展。