某型发动机消喘系统原理及故障浅析

吕增亮

(中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,辽宁沈阳 110043)

某型发动机消喘系统原理及故障浅析

吕增亮

(中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,辽宁沈阳 110043)

发动机消喘系统作用是当发动机空中出现喘振时,通过控制发动机燃油通道和几何通道,来消除发动机喘振,并将发动机恢复到原稳定状态。如果消喘系统出现问题,发动机空中出现喘振时将不能自动退出喘振状态,严重威胁飞行安全。本论文以排除某型发动机消喘系统异常故障为例介绍该型发动机消喘系统组成和工作原理,对该故障原因进行分析和确定。

消喘 恢复状态 工作原理

1 引言

发动机发生喘振时，气流会沿压气机轴向发生低频率高振幅的气流震荡，这种震荡会带动压气机的叶片产生强烈的震动，使叶片在短时间内发生严重损坏或断裂，导致发动机流道受损，严重导致报废。所以消喘系统的完好性对发动机至关重要。

2 发动机消喘系统工作原理

2.1 消喘系统的功用

发动机出现喘振时能自动退出喘振状态，所采取的措施如下：(1)短时间接通消喘系统的同时，转动高压压气机可调导向器叶片；(2)增大尾喷口临界截面积；(3)接通遭遇起动，随后恢复发动机原来的工作状态。

2.2 消喘系统的组成

(1)综合调节器。综合调节器防喘保护通道的功用是，当发动机出现喘振和超温时，通过控制发动机燃油通道和几何通道，来消除发动机喘振和超温，并将发动机恢复到原稳定状态。(2)空气压力受感部。空气压力受感部接收高压压气机后的空气总压(P02)和静压(P2)，并把空气总压和静压输送到喘振信号器。安装位置在高压压气机九级整流叶片中间的通道内。(3)喘振信号器。喘振信号器为变压器式，测量压差工作范围0．1～2．2kgf/cm2。测量压差△PCK的数值和符号，并向防喘保护装置传输电信号。安装位置在外涵道前机匣上。(4)执行机构。通过接收喘振信号，完成一系列消喘动作。

2.3 消喘系统电气附件工作过程

当发动机出现喘振征兆时，喘振信号器的输出电压发生变化，该输出电压被传输到发动机综合调节器的防喘保护装置。

喘振信号器的输出电压有两个分量：正比于压差平均值△PCK1的不变分量和正比于压力脉动△PCK2的交变分量。在防喘保护装置内，按照△PCK1和△PCK2来测量输出电压。

如果高压压气机转速n2＜85%情况下，气流相对脉动值A=△PCK2/△PCK1≥(0．3±0．1)时；或是n2≥85%情况下，A=△PCK2/△PCK1≥(0．6±0．1)时，则防喘保护装置发出接通发动机防喘保护系统并恢复原有工作状态的“К1”指令。“К1”指令传输的联锁条件：高压压气机转速n2≥35%；高度H大于2000米；飞行马赫数大于0．65。

在解除“К1”指令后，“К1”指令在发动机起动自动器内保持(8±1．6)秒。当n2＜85%时，若气流相对脉动值A＜(0．3±0．1)或者n2≥85%时，A＜(0．6±0．1)时防喘保护装置解除“К1”指令，并用起动自动器进行发动机起动并自动恢复到原有工作状态。

2.4 消喘系统机械液压部分工作过程

2.4.1 喷管临界截面面积重调机构的工作

当发动机消除喘振系统工作时，油泵调节器输出定压油信号，该定压油作用在喷管重调机构活塞下腔。活塞在油压力作用下，克服弹簧力带动传动拨杆上移，由于传动拨杆与差动机构齿轮轴不在一个平面内，使传动拨杆绕齿轮轴转动，通过差动机构带动带误差凸轮的齿轮转动，并使误差凸轮也转动，误差凸轮杠杆再带动分油活门衬筒上移，打开活塞上腔的回油路，使分油活门上移，开大喷管临界截面面积，增大发动机压气机的稳定裕度。

2.4.2 高压压气机导流叶片调节系统的工作

当消除喘振系统工作时，电磁活门通电，定压活门来油输入到高压压气机导流叶片重调器重调机构活塞右腔，使活塞左移，通过杠杆机构带动分油活门右移，作动筒活塞左腔来油，右腔回油，作动筒活塞右移，使导流叶片朝减小发动机空气流量方向转动，增大了发动机的稳定工作裕度。当电磁活门断电时，电磁活门切断定压活门的来油，重调机构活塞在弹簧力作用下，恢复到原工作状态。

3 故障定位及原因分析

某日某单位，发动机地面试车检查消喘系统时，发动机转速n2由85．7%下降到44．2%，涡轮后温度下降180℃，经过约13秒钟后发动机参数恢复正常。进行主泵调节器放气，经多次检查故障现象未消失。

分析故障原因有以下几种可能性。

3.1 综合调节器故障

综合调节器收到地面检查仪发出喘振信号后，向电磁活门发出周期性指令：接通1．5±0．2秒，断开0．5±0．2秒。由于综合调节器质量问题导致发出消喘指令持续时间出现问题，电磁活门接通时间过长，导致发动机切油过深。

3.2 主泵调节器故障

主泵调节器液压继电器从结构上保证当切油时间过长时切断齿轮泵后高压燃油通往主燃油分配器油路，避免发动机因切油时间过常停车。综合调节器收到地面检查仪发出喘振信号后，向电磁活门发出周期性工作指令。液压继电器时间调整层板节流器依据本身流量调节发动机切油时间长短。如果层板节流器堵塞或者液压继电器分油柱塞卡滞，运动不灵活将会导致发动机因切油时间过深而导致发动机停车。

3.3 燃油分配器故障

油泵调节器中的定压活门的油液通往分配器活门右边，放油断流活门左移，切断了分配器活门右边回油路，因而有压力升高，分配器活门左移切断了通往主、副输油圈的油路，燃烧室供油中断。当发动机喘振信号消失时，发动机停车活门退出工作，切断了油泵调节器定压活门通往分配器活门右边的油路，放油断流活门在左边弹簧力作用下右移，打开分配器活门右边的回油路，分配器活门右边压力下降，在其左边油压作用下右移，打开了通往主副输油圈的油路，恢复向燃烧室的供油。

外场先后更换综合调节器、主泵调节器后，地面试车检查故障现象再现，说明该故障不是由二者引起。后更换燃油分配器后地面试车检查消喘系统正常，确定该故障是由燃油泵分配器故障引起的。

4 结语

航空发动机作为飞机的心脏，被誉为“工业之花”，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要表现。而发动机内部的每个分系统也都直接的影响发动机的性能，所以消喘系统也是保证发动机、飞机以及驾驶人员安全性的重要组成部分。本论文对航空发动机消喘系统进行了原理上的讲解以及结合具体故障对涉及该系统的各个附件进行了分析，为以后遇到此类故障提供了排故思路，也为以后其他型号的发动机的研发和设计提供了经验。

[1]王云.航空发动机原理.北京航空航天大学出版社.

[2]陈光.航空发动机结构设计分分析.北京航空航天大学出版社.