渦噴系列發(fā)動機副油路壓力擺動技術(shù)研究

崔毅

（中國航發(fā)貴州黎陽航空動力有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 簡介

1.1 發(fā)動機燃油系統(tǒng)介紹

發(fā)動機燃油供油系統(tǒng)的功用是以富足的流量和預(yù)定的壓力及過濾度合格的煤油供給發(fā)動機燃油系統(tǒng)，并且在各種飛行條件下調(diào)節(jié)發(fā)動機不同狀態(tài)下的供油量。

試車臺發(fā)動機試車時，發(fā)動機副油路燃油壓力的穩(wěn)定性對發(fā)動機性能的錄取極為重要。

1.2 渦噴系列發(fā)動機副油路壓力擺動問題

渦噴發(fā)動機批生產(chǎn)過程中發(fā)動機副油路壓力擺動故障時有發(fā)生，副油路壓力擺動故障已經(jīng)成為顯著影響發(fā)動機試車工作的因素。更重要的是，現(xiàn)有的排故措施是基于工作經(jīng)驗，因機理不清排故方向不明確，排故周期較長。

1.3 技術(shù)研究目標

（1）建立副油路壓力擺動的力學(xué)模型，找出副油路壓力擺動問題的主要因素。

（2）制定副油路壓力擺動問題的標準排故流程，大幅降低排故周期；

2 發(fā)動機附件固有頻率建模

2.1 離心泵固有激振頻率特性

式中，n 為轉(zhuǎn)速，r/min；M 為葉片數(shù)。

2.2 柱塞泵固有激振頻率特性

式中，n 為轉(zhuǎn)速，r/min；M 為柱塞數(shù)。

3 發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)

3.1 試驗數(shù)據(jù)分析

本次數(shù)據(jù)采集了發(fā)動機整個開車過程中的數(shù)據(jù)，因副油路擺動多出現(xiàn)在大狀態(tài)，因此本文只截取了大狀態(tài)數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析。

3.2 全加力狀態(tài)

主油路壓力頻譜分布圖如圖1 所示，副油路壓力頻譜分布圖如圖2 所示，主泵泵后壓力波形圖及頻譜分布圖如圖3所示，主泵定壓油壓力波形圖及頻譜分布圖如圖4 所示。

4 數(shù)據(jù)分析

圖1 主油路壓力頻譜分布圖

圖2 副油路壓力頻譜分布圖

圖3 主泵泵后壓力頻譜分布圖

圖4 主泵定壓油壓力頻譜分布圖

在慢車工況下，主泵后的壓力擺動幅值最高，在0.8 額定狀態(tài)下，主泵定壓油的壓力擺動幅度最大，主泵后壓力擺動幅度略低于定壓油，而副油路和主油路的壓力擺動幅值相近，為定壓油壓力擺動幅值的60%左右。在額定狀態(tài)下，情況與0.8 額定狀態(tài)下類似，定壓油的壓力擺動振幅最大，主泵后的壓力擺動幅值明顯降低，主油路和副油路的壓力擺動幅值明顯增大，且副油路明顯大于主油路。在最大狀態(tài)下，定壓油壓力擺動幅值繼續(xù)增大，而其他三個測點的壓力擺動幅值顯著降低，其中主副油路的壓力擺動幅值均低于限值。在小加力工況下，定壓油壓力擺動幅值為各工況下最大，主泵后壓力擺動幅值與0.8 額定工況下相近，此時主油路壓力擺動幅值明顯高于0.8MPa 的限值，而副油路壓力擺動幅值則低于限值。在全加力工況下，定壓油壓力擺動幅值雖然比小加力狀態(tài)有所降低，但仍為四個測點中最高。主泵后壓力擺動幅值與最大狀態(tài)時相近，比小加力狀態(tài)顯著降低。主油路和副油路壓力擺動幅值均比小加力狀態(tài)有小幅度降低。由此可見，壓力擺動的最大幅值出現(xiàn)在主泵定壓油處，其次為主泵后。主副油路的壓力擺動幅值均低于主泵定壓油處和主泵后，表明主泵為可能的激振源，并且壓力波由主泵向下游傳遞過程中存在明顯的阻尼，使振動幅值顯著降低。

根據(jù)發(fā)動機的附件傳動設(shè)計，離心增壓泵與主燃油調(diào)節(jié)器（主泵）的柱塞泵均由高壓轉(zhuǎn)子帶動。其中，離心增壓泵的傳遞比為1.2，主燃油調(diào)節(jié)器的傳遞比為2.765。高壓轉(zhuǎn)子的100%轉(zhuǎn)速為11362rpm。由此可以計算出離心增壓泵和主燃油調(diào)節(jié)器柱塞泵的轉(zhuǎn)速。

可以看出，該分量頻率與主燃油調(diào)節(jié)器柱塞泵的一階激振頻率基本重合，表明主要振動分量來自柱塞泵的固有激振頻率。發(fā)動機在達到最大狀態(tài)后，傳動附件的轉(zhuǎn)速變化范圍很小，主燃油調(diào)節(jié)器柱塞泵的一階激振頻率在610Hz 左右。而這三種工況下的主要振動分量頻率同樣在605 ～610Hz，幾乎與柱塞泵一階激振頻率完全重合，同樣表明主要的振動來源于主燃油調(diào)節(jié)器柱塞泵，與離心增壓泵無關(guān)。

表1 不同工況下激振源頻率

根據(jù)試車數(shù)據(jù)，當副油路壓力出現(xiàn)明顯擺動時，發(fā)動機推力，高壓和低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及T4 均沒有顯著變化。這是由于柱塞泵的一階頻率都在600Hz 左右，而燃油壓力擺動所能直接影響的是燃燒室，但是根據(jù)現(xiàn)有的文獻資料顯示，燃燒室的震蕩燃燒一階固有頻率主要位于低頻區(qū)間，約為10～350Hz，并且固有振動的主要能量集中于一階分量。根據(jù)本次試驗的數(shù)據(jù)，柱塞泵的一階固有頻率遠大于燃燒室的一階固有頻率，因此，柱塞泵產(chǎn)生的供油壓力脈動不能與燃燒室產(chǎn)生共振，因此不能使燃燒發(fā)生共振。而高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的固有頻率則在10000Hz 以上，同樣無法與柱塞泵供油頻率產(chǎn)生共振，因此T4、高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和推力都沒有顯著變化，柱塞泵的激振對發(fā)動機性能沒有影響。

5 結(jié)論與解決措施

綜上所述，通過頻域分析，可以看出副油路壓力振動來源于主燃油調(diào)節(jié)器的激振作用。同時有可能存在車臺設(shè)備上有一些次要的影響因素，包括剛性結(jié)構(gòu)的測壓管、測壓管安裝的層板和機械膜盒式測壓表的諧振特性。但是基于試車數(shù)據(jù)的分析，在副油路壓力出現(xiàn)擺動的時候，發(fā)動機推力，轉(zhuǎn)速和T4 沒有發(fā)生變化，可以認為副油路壓力的高頻針對不會對發(fā)動機的性能產(chǎn)生影響。

根據(jù)試車臺現(xiàn)有技術(shù)條件，當發(fā)動機在試車過程中出現(xiàn)副油路擺動較大無法試車時，直接更換主燃油調(diào)節(jié)器。