某型起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置功能改進(jìn)研究

李建英 李瓊

(中航工業(yè)南方航空工業(yè)(集團(tuán))有限公司,湖南株洲 412002)

某型起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置功能改進(jìn)研究

李建英 李瓊

(中航工業(yè)南方航空工業(yè)(集團(tuán))有限公司,湖南株洲 412002)

本文介紹了某渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)目前使用的起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置的功能及使用過(guò)程中存在的問(wèn)題,通過(guò)對(duì)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(dòng)機(jī)進(jìn)行了試車(chē)驗(yàn)證,驗(yàn)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(guò)程中能大大減小發(fā)動(dòng)機(jī)非正常停車(chē)概率的結(jié)論。

起動(dòng)自動(dòng)切油 渦輪后溫度 起動(dòng)規(guī)律 超溫保護(hù) 斷偶/短偶

1 引言

某渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)用起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)控發(fā)動(dòng)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(dòng)規(guī)律，控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)器切油電磁閥的動(dòng)作，修正供油量，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)自動(dòng)切油功能。同時(shí)，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(jì)，即軟件和硬件超溫保護(hù)。

近年來(lái)，多次發(fā)生了地面起動(dòng)過(guò)程中因起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置接收到異常排氣溫度信號(hào)發(fā)出停車(chē)指令，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)非正常停車(chē)故障。

為提高起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)虛假排氣溫度信號(hào)的識(shí)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(hào)發(fā)出停車(chē)指令，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)非正常停車(chē)的故障，需對(duì)其功能進(jìn)行完善改進(jìn)。

2 起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置主要功能簡(jiǎn)介

2.1 起動(dòng)自動(dòng)切油功能

在發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)控發(fā)動(dòng)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(dòng)作，完成自動(dòng)切油的功能，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不超溫的情況下成功起動(dòng)。

2.2 起動(dòng)超溫保護(hù)功能

起動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)渦輪后溫度T*4超過(guò)設(shè)定值(640±10)℃時(shí)，輸出停車(chē)信號(hào)給燃油調(diào)節(jié)器停車(chē)電磁閥，使發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)，實(shí)現(xiàn)超溫保護(hù)功能。該功能采用雙余度設(shè)計(jì)，即軟件和硬件超溫保護(hù)。在起動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)超溫時(shí)，一般由軟件發(fā)出停車(chē)信號(hào)控制燃油調(diào)節(jié)器上的停車(chē)電磁閥，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)停車(chē)。如果軟件控制失效，則由硬件發(fā)出停車(chē)信號(hào)控制燃油調(diào)節(jié)器上的停車(chē)電磁閥，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)超溫保護(hù)停車(chē)。

2.3 分時(shí)控制功能

圖1 改進(jìn)前采集線(xiàn)路

一臺(tái)起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置分時(shí)控制一架飛機(jī)的四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，飛機(jī)操作臺(tái)設(shè)置電源開(kāi)關(guān)，四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)均起動(dòng)成功后，斷開(kāi)該電源開(kāi)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(duì)導(dǎo)致非正常停車(chē)的原因均為排氣溫度信號(hào)異常而非發(fā)動(dòng)機(jī)真正超溫，對(duì)起動(dòng)自動(dòng)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(dòng)自動(dòng)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(chē)功能，兩者工作原理相同，即在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)排氣溫度單點(diǎn)超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出停車(chē)信號(hào)。

另外，由于溫度信號(hào)采集方式為有源采集，當(dāng)排氣溫度測(cè)量線(xiàn)路出現(xiàn)短路或接觸不良時(shí)，采集的溫度信號(hào)會(huì)超過(guò)設(shè)定值，該裝置也會(huì)發(fā)出停車(chē)信號(hào)。

由于一臺(tái)起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置分時(shí)控制四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后才關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，軟件停車(chē)功能在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后即退出控制，而硬件停車(chē)功能在電源開(kāi)關(guān)接通期間均參與控制。正是由于硬件停車(chē)功能持續(xù)參與控制導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度信號(hào)異常時(shí)即發(fā)出停車(chē)信號(hào)。

在保證起動(dòng)自動(dòng)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(cuò)性，需要針對(duì)軟件保護(hù)停車(chē)功能和硬件保護(hù)停車(chē)功能進(jìn)行改進(jìn)，有效區(qū)分發(fā)動(dòng)機(jī)真正超溫和排氣溫度信號(hào)異常現(xiàn)象。

3.2 改進(jìn)需求

3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后,軟、硬件均自動(dòng)退出對(duì)該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功并穩(wěn)定在慢車(chē)狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度穩(wěn)定在230℃左右，不會(huì)出現(xiàn)超溫情況。此時(shí)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(dòng)機(jī)排溫信號(hào)異常時(shí)硬件發(fā)出停車(chē)信號(hào)。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置的軟/硬件

圖2 改進(jìn)后采集線(xiàn)路

············均退出控制可有效避免排氣溫度信號(hào)受外界干擾導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)非正常停車(chē)故障，可提高其容錯(cuò)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(dòng)機(jī)排氣溫度采集線(xiàn)路及傳感器出現(xiàn)斷路/短路時(shí)，起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置的軟件控制電路僅發(fā)出告警信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)不自動(dòng)停車(chē)。

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

3.2.3 完善排氣溫度超溫停車(chē)判據(jù)

為提高起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置的抗干擾能力，通過(guò)增加溫度上升趨勢(shì)判斷，防止采集到虛假的溫度信號(hào)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)立即停車(chē)，以提高可靠性。

4 功能改進(jìn)方案

4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后,軟、硬件均自動(dòng)退出對(duì)該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制

起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置在控制任意一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功之后，控制軟件通過(guò)硬件電路發(fā)出起動(dòng)成功信號(hào)，將發(fā)出的起動(dòng)成功信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)格式轉(zhuǎn)換后，再切斷硬件停車(chē)控制電路，使得硬件停車(chē)信號(hào)無(wú)法發(fā)出。

該方案的實(shí)施需對(duì)起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置的硬件電路進(jìn)行細(xì)微改動(dòng)，對(duì)原電路參數(shù)的設(shè)置無(wú)影響，風(fēng)險(xiǎn)小，可實(shí)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(dòng)機(jī)排氣溫度線(xiàn)路接觸不良或斷路的情況下發(fā)出停車(chē)信號(hào)。對(duì)硬件電路進(jìn)行改進(jìn)，將改進(jìn)前“采用有源+12V溫度信號(hào)采集電路，未增加告警功能”改為“采用負(fù)電源(－8V)溫度信號(hào)采集電路(改進(jìn)前后采集線(xiàn)路見(jiàn)圖1和圖2)，并具有告警功能”，可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)功能。

4.3 排氣溫度超溫停車(chē)判據(jù)優(yōu)化方案

將起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置的軟件發(fā)出停車(chē)指令采用多點(diǎn)采集，分階段判斷的方式，加強(qiáng)控制軟件對(duì)排氣溫度變化趨勢(shì)的判斷；硬件停車(chē)電路增加對(duì)超溫信號(hào)時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量，通過(guò)對(duì)軟硬件停車(chē)功能的改進(jìn)，可提高產(chǎn)品發(fā)出停車(chē)信號(hào)的正確性。

5 隨發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證起動(dòng)自動(dòng)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(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置隨發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)試，重點(diǎn)驗(yàn)證其起動(dòng)自動(dòng)切油功能、排氣溫度采集線(xiàn)路接觸不良時(shí)的告警功能。因發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法創(chuàng)造真正超溫條件，所以超溫停車(chē)功能無(wú)法驗(yàn)證，該功能僅在試驗(yàn)器上進(jìn)行了驗(yàn)證。

試驗(yàn)結(jié)果表明：起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置的起動(dòng)自動(dòng)切油功能能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)需要；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度采集線(xiàn)路接觸不良時(shí)，起動(dòng)自動(dòng)切油超溫保護(hù)裝置能發(fā)出告警信號(hào)而發(fā)動(dòng)機(jī)不停車(chē)，實(shí)現(xiàn)了功能改進(jìn)需求。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，軟硬件退出控制時(shí)機(jī)明確、排氣溫度測(cè)量線(xiàn)路異常時(shí)只報(bào)警不停車(chē)的處置方式及排氣溫度超溫停車(chē)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(dòng)自動(dòng)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(cuò)性，大大減小使用過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)非正常停車(chē)的概率。

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(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)專(zhuān)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)專(zhuān)業(yè)工作。