一種用于多型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備的研制

田少政，許 松，陳 浩

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的動(dòng)力裝置，其性能的好壞直接關(guān)系到飛行安全。因此保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作，是航空裝備維修保障中的一項(xiàng)重要工作。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)《維修工藝》規(guī)定：“發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)燃油放盡超過(guò)48 h，使用壽命耗盡，需要返廠修理等情況下，必須進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部油封；已油封過(guò)的發(fā)動(dòng)機(jī)，存放時(shí)間超過(guò)三個(gè)月，必須進(jìn)行啟封并重新進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的油封”。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備是航空維修保障工作中常用的設(shè)備，以此確保發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常。

為了滿足多種型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的油封工作需要，特別是航空發(fā)動(dòng)機(jī)脫離飛機(jī)狀態(tài)時(shí)（以下簡(jiǎn)稱“離機(jī)”），解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)油封問(wèn)題，研制了發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備，可以有效地對(duì)15個(gè)型號(hào)30種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行內(nèi)部油封。

1 功用和技術(shù)指標(biāo)

1.1 功用

航空發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備能夠完成四大系列15種型號(hào)30類航空發(fā)動(dòng)機(jī)的油封。即航空發(fā)動(dòng)機(jī)離機(jī)狀態(tài)下，使用脫水后的航空滑油，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部油封。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

電壓：380 V/50 Hz

輸入功率：8 000 W

數(shù)據(jù)采集和輸出周期：10 ms

模數(shù)轉(zhuǎn)換精度：12 bit

轉(zhuǎn)換周期：30 ms

MTBF≥1 000 h

MTTR≤0.5 h

2 基本組成和工作原理

2.1 基本組成

發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備主要包括油封控制臺(tái)、滑油脫水供給裝置、油液供給裝置、動(dòng)力配電裝置和油封備件柜五大部分，如圖1所示。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備的組成框圖

2.1.1 油封控制臺(tái)

油封控制臺(tái)是發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備的控制中樞，它主要由發(fā)動(dòng)機(jī)主控系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及機(jī)體等組成。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)主控系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)主控系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)和接口電路裝置組成。主控計(jì)算機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)主控系統(tǒng)的重要設(shè)備，它控制整個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封的運(yùn)行；接口電路裝置由輸入、輸出板，模數(shù)轉(zhuǎn)換板，功能擴(kuò)展板等組成。在研制過(guò)程中為使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)充性，系統(tǒng)選用KJRACK—3050型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它提供16個(gè)ISA和6個(gè)PCI插槽，集成100M網(wǎng)絡(luò)適配器，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可靠性高，維修性好。

（2）信號(hào)采集系統(tǒng)

信號(hào)采集系統(tǒng)由信號(hào)采集模塊和信號(hào)采集電路組成。在離機(jī)狀態(tài)下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)控制時(shí)，信號(hào)采集是發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備的關(guān)鍵。為此，選用美國(guó)5B系列信號(hào)模塊。5B系列模塊能夠?qū)Χ喾N信號(hào)（電壓、電流、熱電阻、熱電偶、頻率等）進(jìn)行全面的采集。例如在對(duì)溫度模塊選擇時(shí)，充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信號(hào)的靈敏度和準(zhǔn)確性，選擇了熱電偶式的5B37-K-02模塊；在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模塊選擇時(shí)，充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的精度，選擇了5B45-02模塊，該模塊的采集精度可達(dá)到萬(wàn)分之五。

2.1.2 滑油脫水供油裝置

滑油脫水供油裝置采用反應(yīng)釜加熱方式進(jìn)行加熱。采用這種加熱方式進(jìn)行脫水處理，有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是加熱效率明顯提高；二是反應(yīng)釜加熱方式的導(dǎo)熱油不和滑油直接接觸，從而保證了油封油液的質(zhì)量，且滑油無(wú)污染和碳化。

2.1.3 油液供給裝置

油液供給裝置為獨(dú)立的移動(dòng)箱體，主要由儲(chǔ)油箱、轉(zhuǎn)接頭和各種油管組成。

2.1.4 動(dòng)力配電裝置

動(dòng)力裝置為一個(gè)獨(dú)立的箱體，主要由輸入電源、輸出電源和控制柜組成。

2.1.5 油封備件柜

油封備件柜為一個(gè)獨(dú)立的箱體，主要由轉(zhuǎn)接頭和油管組成。

2.2 工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備的基本工作原理是：在離機(jī)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)固定在專用油封臺(tái)上，利用油封控制裝置控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的“冷運(yùn)轉(zhuǎn)”（航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一種工作方式），將經(jīng)過(guò)滑油脫水裝置處理后的航空滑油注入到航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的內(nèi)表面，從而完成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的油封。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備的基本工作原理如圖2所示。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備的基本工作原理

3 主要技術(shù)難點(diǎn)及解決辦法

發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備在研制過(guò)程中，面臨的主要技術(shù)難題是發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)模型的建立問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制，需要建立發(fā)動(dòng)機(jī)的地面起動(dòng)模型。

通過(guò)對(duì)起動(dòng)系統(tǒng)及起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析，得到渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程數(shù)學(xué)模型的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖可以看出，在起動(dòng)過(guò)程中，起動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、點(diǎn)火系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和負(fù)載系統(tǒng)等相互配合工作，協(xié)同完成不同大氣條件下的起動(dòng)任務(wù)。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

當(dāng)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性時(shí)，得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速兩個(gè)狀態(tài)變量；增加渦輪排氣溫度這一狀態(tài)變量，但實(shí)際對(duì)其測(cè)量比較困難，根據(jù)試驗(yàn)后可增加渦輪后燃?xì)鉁囟茸鳛榈谌齻€(gè)狀態(tài)變量。事實(shí)上，采用渦輪后燃?xì)鉁囟茸鳛闋顟B(tài)變量在某種程度上還相當(dāng)于考慮了渦輪部件的熱損失，從這種意義上講是非常合理的。由此分析，假設(shè)起動(dòng)系統(tǒng)工作正常，起動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行幾何調(diào)節(jié)，則得到離散形式的非線性起動(dòng)模型如下：

式（1）、（2）中：v（k） ＝[n（Lk），nH（k）（k）]T為起動(dòng)過(guò)程的狀態(tài)向量；輸出向量可以包括下列參數(shù)：高、低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，渦輪前、后燃?xì)鉁囟?，發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量，高壓壓氣機(jī)增壓比、喘振裕度，風(fēng)扇壓比，涵道比，等等。對(duì)于這個(gè)狀態(tài)空間模型，如果取輸出向量與狀態(tài)向量的元素相同，則得到以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和渦輪排氣溫度為輸出量的起動(dòng)模型。

從發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理來(lái)看，在起動(dòng)過(guò)程中，在給定的大氣條件且發(fā)動(dòng)機(jī)幾何不進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下，如果發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和渦輪后燃?xì)鉁囟戎凳谴_定的，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)也就基本上確定，因此本文提出采用式來(lái)描述發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程模型是比較合理的。這一結(jié)論也將在后續(xù)的應(yīng)用研究中得到證實(shí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)綜合油封設(shè)備是針對(duì)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦漿發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪起動(dòng)機(jī)五大系列發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部油封而設(shè)計(jì)的。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了油封設(shè)備的高度集成化，人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)便。該設(shè)備是目前國(guó)內(nèi)唯一的綜合化程度高，智能化程度高，安全系數(shù)高，可靠性高，操作簡(jiǎn)便的發(fā)動(dòng)機(jī)油封設(shè)備，完全能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)油封操作要求，保證油封質(zhì)量，提高油封效益。

[1]成大光.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第一，二，三，五卷[M].3版.北京：化工工業(yè)出版社，1995.

[2]徐龍祥，歐陽(yáng)祖行.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京.航空工業(yè)出版社，1990：85-144.

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