DA42NG飞机螺旋桨变距工作原理介绍及故障分析

关世超

摘  要：自飞机问世以来，螺旋桨就是飞机上不可缺少的动力装置，虽然动力并非螺旋桨产生，而是由发动机消耗化石燃料使活塞做往复运动推动曲轴后带动螺旋桨旋转，但目前通用航空而言，螺旋桨的作用无可替代。作为飞机上动力装置的核心部件之一，深入理解并分析螺旋桨工作原理和故障现象，有利于保障航空器正常运行和机务人员以及驾驶员正常开展维护和飞行训练任务，应对突发状况时更加合理处理特情的作用也十分明显。该文通过对螺旋桨和相关部件的电路与油路系统分析，结合日常故障表现和定检维护中发现的问题对螺旋桨进行深入的分析，同时为相关工作人员提供一定参考。

关键词：螺旋桨  调速器  顺桨  回桨

中图分类号：V267                          文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）05（a）-0068-03

Abstract： Since the advent of the aircraft， the propeller is an indispensable power device on the aircraft. Although the fundamental power is not generated by the propeller， but by the engine consuming fossil fuel to make the piston do reciprocating motion to drive the crankshaft and then drive the propeller to rotate， there is no place for the general aviation aircraft without propeller， and its role is irreplaceable. As one of the core components of the aircraft power plant， in-depth understanding and analysis of the working principle and fault phenomenon of the propeller is conducive to ensuring the normal operation of the aircraft and the normal maintenance and flight training tasks of the maintenance personnel and pilots. It is also very important to deal with the emergency situation more reasonably. In this paper， through the analysis of the circuit and oil system of the propeller and related components， combined with the daily fault performance and the problems found in the regular inspection and maintenance， the propeller is deeply analyzed， and some reference is provided for the relevant staff.

Key Words： Propeller; Governor; Feathering; Recovery

螺旋槳作为飞机动力系统的重要组成部分，参与飞机大多数工作过程。其产生的牵引力是飞机运动的关键之一，包括飞机滑行、起飞、巡航和落地全程。现代大量通用航空器都配备一个或数个螺旋桨，其桨叶有2片、3片和4片不等。随着航空器的发展，螺旋桨也从不可变距（定距）发展到可变距，解决了定距螺旋桨只能在选定的速度范围内效率较高，在其他状态下效率较低的矛盾。该文DA42NG飞机螺旋桨就是可变距螺旋桨，其变距依靠螺旋桨自身配重、弹簧、活塞、桨缸、调速器、回桨储压气共同作用，进行变距，以解决定距螺旋桨高、低速性能的矛盾，同时稳定发动机转速。该文从DA42NG飞机螺旋桨组成与功能分析触发，结合飞行训练和定检维护发现的问题，分析其工作原理并实践相应故障排除方法。

1  DA42NG飞机螺旋桨变距系统组成及工作原理

1.1 螺旋桨电路系统及工作原理

螺旋桨桨叶在高速旋转时，同时产生两个力：一个是牵拉桨叶向前的空气动力，另一个是由桨叶扭角向后推动空气产生的反作用力[1]。由于前桨面与后桨面的曲率不一样，在桨叶旋转时，气流对曲率大的前桨面压力小，而对曲线近与平直的后桨面压力大，因此形成了前后桨面的压力差，这个压力差产生一个向前拉桨叶的空气动力。另一个牵拉飞机的力，是由桨叶扭角向后推空气时产生的反作用力而得来的[2]。桨叶与发动机轴呈直角安装，并有扭角。在桨叶旋转时靠桨叶扭角把前方的空气吸入，并给吸入的空气加一个向后推的力，这个推力的反作用力也是牵拉飞机向前的动力之一。这两个的合力就是牵引飞机向前的总空气动力。为了在不同转速下螺旋桨都保持较高效率，因此螺旋桨需要变距。

当LH ECU BUS（左ECU汇流条）上电后，电流经过ECU A断路器和24360A20线进入ENGINE MASTER LH（左发动机开关），当开关在OFF位时，FEATHER RELAY LH（左顺桨电磁阀继电器）线圈通电，继电器吸合。虽然继电器吸合[3]，但ECU A和ECU B没有为顺桨电磁阀供电，顺桨电磁阀没有打开。ECU A与ECU B不会同时给顺桨电容通电，在EECU的控制下，ECU A和ECU B其中只有一个在工作，另一个处于热备份状态（热备份状态即监控传感器来的各种信号，但不控制相关作动器作动，当正在工作的ECU因故障停止工作时，处于热备份的ECU可以立即参与工作，不至于空中停车），EECU监控两个ECU工作时长，使两个ECU的工作时间趋于相同。此时螺旋桨电磁因上次通电和启动锁闭锁缘故，没有完成顺桨，但此时桨叶角略大于回桨桨叶角。图1到图5分别是发动机主开关、顺桨继电器、顺桨电容、顺桨电磁阀和回桨电磁阀。

当左发动机开关在ON位时，螺旋桨的回桨电磁阀打开，顺桨电磁阀关闭，ECU给47 000UF/40 V电容充电，此时螺旋桨可以回桨。当发动机开关再次搬动至OFF位时，ECU斷电，但电容放电使顺桨电磁阀打开[4]。右发动机与左发动机电路图相同。

1.2 螺旋桨变距油路系统及工作原理

以左螺旋桨为例，当飞机正常断电，且左发动机开关正常关闭时，因螺旋桨桨缸弹簧的力量，螺旋桨趋于顺桨状态。但由于螺旋桨上启动锁未开启，启动锁抑制螺旋桨顺桨，强制使其保持在接近回桨的位置。当飞机正常通电，左发动机电门打开时，回桨电磁阀打开，回桨储压存储的滑油压力经回桨电磁阀传递到螺旋桨桨缸，其压力抵消桨缸弹簧的弹力使螺旋桨从接近回桨转动到回桨状态，此时螺旋桨没有转动，螺旋桨配重无法配合桨缸弹簧工作。此时螺旋桨的状态有利于发动机带动螺旋桨启动。启动成功后，当螺旋桨转速达到1 300 r/min，螺旋桨启动锁打开，螺旋桨配重在离心力作用下和桨缸弹簧共同作用使螺旋桨顺桨，但顺桨电磁阀关闭，回桨电磁阀打开，ECU控制由调速器将齿轮箱中滑油以一定压力传递到螺旋桨桨缸，当滑油压力和螺旋桨配重与桨缸弹簧形成的最终合力为0时[5]，螺旋桨桨叶角保持恒定。不同的螺旋桨转速对应不同螺旋桨桨缸滑油压力，螺旋桨桨缸活塞前后运动，因此桨叶角随着活塞位置的改变而改变。特殊情况下，桨叶角会调整，如大风时，螺旋桨转速因大风速度增加，此时配重在高转速下离心力增大，使桨缸弹簧力量增大，螺旋桨桨叶角变大，使螺旋桨“重桨”，螺旋桨转速降低。从而降低了由风速造成的螺旋桨转速的增大，使螺旋桨转速保持恒定。

当发动机慢车时，关闭发动机开关，回桨电磁阀关闭，顺桨电磁阀打开，在螺旋桨桨缸弹簧的作用下，螺旋桨桨叶转动至顺桨位。此时再将发动机电门打开，顺桨电磁阀关闭，回桨电磁阀打开，螺旋桨桨叶角在回桨储压器压力作用变小，螺旋桨回桨。螺旋桨达到回桨状态后，启动锁再次闭锁，即使此时关闭发动机开关，螺旋桨桨叶在启动锁限制下依旧无法顺桨，其表现为在回桨桨叶角往顺桨方向稍稍变动后停止。

2  螺旋桨变距系统故障及解决方案

在定检维护过程中，出现当发动机开关扳至关闭位，发动机关车，螺旋桨无法顺桨的故障情况时，机务人员首先考虑螺旋桨本身存在故障，导致无法顺桨，拆下螺旋桨，人工打开启动锁后螺旋桨顺畅顺桨，排除螺旋桨本身故障;后判断调速器故障，螺旋桨桨缸中的滑油无法回流至减速齿轮箱，更换调速器，故障依旧;重新分析电路图，认为与顺桨电磁阀并联的电容存在故障可能，经检查发现是电容故障。电容故障会导致在发动机运转期间ECU无法为顺桨电容充电，电容没有电和积累。当发动机停车后，因顺桨电磁阀没有电能，顺桨电磁阀无法打开，螺旋桨不能顺桨。更换此电容后，恢复顺桨功能[6]。

3  结语

现代民用飞行器设计愈加复杂，集成性越来越高。螺旋桨变距系统也由人为控制逐步转变为更加精确、响应更加迅速的电脑控制。为了满足高强度维护工作的需要，对螺旋桨及其控制原理的深入理解十分必要。除了以上故障，日常维护还应注意系统内漏与外漏导致的故障现象，相比内漏，外漏更加容易发现，故障痕迹更加明显，全面理解螺旋桨变距系统工作原理是保证飞行安全的基础之一。因为时间和笔者能力有限，该文不再深入探讨DA42NG飞机螺旋桨相关工作系统。

参考文献

[1] 邢琳琳.飞行原理[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016：155.

[2] 吴晶峰，宋建宇，候小宇，等.民用航空发动机适航要求解读（集成审定）[M].北京：航空工业出版社，2019：201.

[3] 殷瑞祥.电路分析原理与电子线路基础[M].北京：高等教育出版社，2020：55.

[4] 段荣霞.Altimu Designer 20标准教程[M].北京：清华大学出版社，2020：132.

[5] 陈冠旭，赵立杰，李淑萍，等.通用航空领域复合材料制备工艺的研究[J].科技创新导报，2020，17（20）：8-10，256.

[6] 熊晓倩.嵌入式系统传感器的设计与应用研究[J].科技创新导报，2020，17（20）：1-2，5.