某型航空发动机空中降转故障分析

肖 强

（中航工业长春航空液压控制有限公司，长春 130052）

某型航空发动机空中降转故障分析

肖 强

（中航工业长春航空液压控制有限公司，长春 130052）

针对某型航空发动机空中降转故障，从改变燃油流量调节器的供油特性方面分析其发生的主要原因，提出了核心排故途径，即改变膜盒组件相关设计参数。

航空发动机；空中降转；调节器；供油特性

0 引言

航空发动机稳定可靠地工作对完成作战任务至关重要。某型航空发动机在交付部队使用一段时间后，部分发动机发生空中降转故障，表现为在地面开车时将军用转速调至合格范围内后，当飞机飞行至某一高度以上时，军用转速低于规定要求，表明发动机高空供油量与需油量不匹配。由于航空发动机的需油特性与其工作效率有关，发动机使用一段时间后，工作效率降低，需油量增加，是导致该故障发生的重要原因之一。

本文对源于发动机本身的故障原因不做深入研究，仅从改变燃油流量调节器的供油特性方面入手，分析其设计特点，找到故障发生的主要原因，并提出相应的解决措施。

1 燃油流量调节器供油特性的设计特点

燃油流量调节器供油特性的设计要求规定：在稳态情况下，将调节器海平面供油曲线与发动机海平面标准需油曲线的交点，即对应的发动机军用转速记为x%；将调节器高空状态的供油曲线与发动机高空标准需油曲线的交点，即对应的发动机军用转速记为y%。如图1所示。图中水平坐标轴为发动机供油量与需油量平衡时所达到的发动机高压轴转速与100%高压轴转速之比，不反映调节器供油量与发动机转速的关系。其中y%值应大于m%NH，且y%与x%的差值应小于n%NH。（NH为100%发动机高压轴转速；m、n为常数，代表规定的数字量值）

2 故障原因分析

理论分析认为：当y%≥m%且y%-x%≥0%时，表明燃油流量调节器高空供油量相对地面的裕度偏大，一般不会产生发动机空中降转故障；当y%-x%＜0%且y%＜m%时，表明燃油流量调节器高空供油量相对地面的裕度偏小，可能发生故障。对故障产品进行性能测试，结果表明：燃油流量调节器y%值均明显低于m%NH，且产品出厂时y%-x%＜0%，即出厂时高空状态供油量与海平面状态供油量相比，裕度偏小，所以使用一段时间后产品性能衰减，会出现海平面军用转速合格而高空军用转速不合格的问题。实际使用情况与理论分析结果基本一致。

在压差不变的情况下，燃油流量调节器高空供油量与产品流通面积成正比，高空状态供油量低反映产品可变计量柱塞的轴向定位处于计量孔开度偏小的位置。影响可变计量柱塞计量孔开度的因素包括以下几个方面：（1）膜盒垫片的厚度；（2）膜盒杠杆支点的位置即膜盒杠杆组件的放大系数i；（3）膜盒组件伸缩系数k，即单位气压下的膜盒伸缩量；（4）膜盒组开口段伸缩系数与膜盒组伸缩系数比a；（5）高压压气机出口压力P3的分压值。P3分压值为高压压气机出口压力经过空气分压器形成的空气分压。空气分压器为一节流嘴串联文氏管，节流嘴前面通高压压气机出口压力P3，文氏管后面通低压压气机出口压力P2，在文氏管中间腔根据P3与P2的压比形成不同的分压值即P3p。

设发动机高空状态的P3分压为P3px，低压压气机出口压力为P2x；发动机海平面状态的P3分压为P3py，低压压气机出口压力为P2y，则调节器由海平面至高空状态膜盒伸缩量为

可变计量柱塞的位移量L=i·Lxy。若地面状态可变计量柱塞的初始位置一定，则Lxy越大，在高空状态下的可变计量柱塞的定位越偏向计量孔开度减小的方向；若Lxy不变，当地面状态可变计量柱塞的初始位置偏向计量孔开度大的方向时，则在高空状态下的可变计量柱塞处于计量孔开度偏大的方向，高空稳态供油量亦随之增加。

3 解决措施

高空稳态供油量与可变计量柱塞的初始定位、不同气压条件下膜盒组件的伸缩量以及膜盒杠杆组件的放大系数有关，因此，为了增加高空稳态供油量，解决空中降转问题，可以从以下几个方面来改变调节器高空与地面供油特性，从而提高产品高空状态下的供油量。

（1）不同气压条件下膜盒组件的伸缩量是影响可变计量柱塞轴向位置的主要因素，因此，改变其在地面/高空状态下的压力位移特性，即调整真空段和开口段的伸缩系数量值关系至关重要。通过改变真空和开口膜盒的膜片波纹尺寸形状及膜片厚度等参数来改变气压有效作用面积，必要时改变其数量，来增大开口段伸缩系数与真空段伸缩系数的比值。

（2）通过改变文氏管喉部和节流孔板主孔的面积比值，从而减小P3分压值。文氏管喉部面积按图纸设计尺寸制造，公差范围较小，在实际调试过程中主要通过修研节流孔板主孔孔径来改变P3分压值，即膜盒组周围的气体压力。

（3）减小膜盒垫片厚度，使可变计量柱塞计量孔的初始开度处于偏大的位置。膜盒垫片厚度影响产品在所有状态下的供油量特别是产品加、减速供油量，其调整量受到产品相关调整部位设计允许调整量值的限制。膜盒垫片厚度对调节器在高空状态下的供油量及发动机高压轴转速的影响近似1条等距的平行线，如图 2（a）所示。

（4）通过改变膜盒杠杆支点位置，减小膜盒组件伸缩量放大系数。其目的在于减小从地面至高空状态下可变计量柱塞的位移变化量，使产品高空状态供油量相对地面状态的变化量值趋于平缓，膜盒杠杆支点的实际位置取决于P3分压值及膜盒组的压力位移特性。改变膜盒组件伸缩量放大系数对调节器高空供油量及发动机高压轴转速的影响如图2（b）所示。

（5）减小膜盒杠杆组件轴向移动摩擦力，使膜盒伸缩量通过膜盒杠杆无损失地转化为可变计量柱塞的轴向位移。

（6）由于故障均发生在发动机工作一段时间之后，因此发动机空中降转与其性能衰减存在直接关系，为此对产品开展性能衰减研究，以降低产品性能衰减速度，可以从一定程度上使故障发生的时间延迟和频率减慢。

发动机的工作状态极其复杂，采取单一措施难以满足燃油流量调节器的全部性能调整要求，因此，必须统筹兼顾协同调整。如减少膜盒垫片厚度时，为保证加、减速供油量合格，需要外调减速止动钉，必要时增加减速钉调整垫片保证减速供油量合格，调加速钉来保证加速流量合格；当膜盒垫片确定后，通过修研合适的主孔孔径改变P3分压值、改变膜盒杠杆支点满足海平面最大军用状态供油量和油门同步角相关流量的协同调整要求。实践证明，通过选取合适的膜盒垫片厚度、膜盒杠杆支点位置以及改变P3分压值等综合调试手段可以提高调节器产品高空稳态供油裕度，从而解决发动机空中降转问题。

4 结束语

（1）在对若干故障产品的地面高空供油特性进行定量分析的基础上，提出了对膜盒组件压力位移特性调整的具体要求。改变膜盒组件相关设计参数是排除某型航空发动机空中降转故障的核心途径。

（2）通过采取选配合适的膜盒垫片厚度、杠杆支点位置以及改变P3分压值等手段，可以在一定程度上提高燃油流量调节器高空状态下的稳态供油量，这是在现有条件下解决空中降转问题的有效措施。

（3）通过对燃油流量调节器开展性能衰减研究，识别影响产品性能衰减的关键要素并采取相应措施延缓产品性能衰减速度，是延迟故障发生时间和减慢发生频率的重要手段。

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[4]吴琪华.航空发动机调节 [M].北京：国防工业出版社，1986：10-20.

Analysis of Inflight Speed Drop Failure for an Aeroengine

XIAO Qiang
（AVIC Changchun Aviation Hydraulic Control Co.LTD,Changchun 130052,China）

Aiming at the inflight speed drop failure of an aeroengine,the main failure factor was analyzed by changing the fuel supply characteristic of fuel flow regulator.The change of relevant design parameters for the capsule assembly is the core approach for eliminating the failure.

aeroengine;inflight speed drop;regulator;fuel supply characteristic

肖强（1968），女，高级工程师，从事航空发动机控制系统调节附件设计工作。