发动机惯性运转时间分析

2022-01-06李向明李玉芳

内燃机与配件 2022年1期

李向明李玉芳

摘要：发动机转子的惯性运转时间取决于转子系统的转动惯量及阻力矩。阻力矩包括摩擦阻力矩，风力阻力矩以及液压负载带来的液压阻力矩。发动机不带负载时，转子平衡做得越好或转动过程中转子的润滑效果越好，则发动机在停转过程中阻力矩越小，因此，发动机惯性运转时间能直接反映发动机转子支承系统润滑的好坏及平衡的好坏。由于发动机传动系统较为复杂，为合理确定发动机惯性运转时间，应进行设计分析计算和负载加载开车实测，以便给出的时间更合理。

Abstract： The engine inertia running time depends on the moment of the inertia and resistance moment of the rotor system. The resistance moment include friction resistance moment， wind resistance moment and hydraulic resistance moment brought by hydraulic load. When the engine is not loaded， the better the balance of the rotor is or the better lubrication effect of the rotor is when engine is turning， the smaller the resistance moment is. Therefore， the inertia running time of the engine can directly reflect the lubrication quality and the balance of the rotor support system of the engine. Due to the complexity of the engine transmission system， except carry out the mathematical analysis and calculation， we must carry out the loading work test when we determine the reasonable engine inertia running time.

关键词：惯性运转;数学分析;开车实测;时间

Key words： inertia running;mathematical analysis;work test;time

中图分类号：V212.5 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2022）01-0047-03

0 引言

航空发动机的的正常使用过程中，一般会根据发动机的惯性运转时间来考量发动机的运转情况是否良好。对于发动机的惯性运转时间，由于发动机研制工作的实际情况，目前国内没有进行过理论分析和计算。在发动机惯性运转时间的计算分析过程中，负载是主要考虑因素，尤其是液压负载[1]，除此之外，转子本身的转动惯量及其制造误差、安装平衡性以及在外场时的风阻等都会影响其转动时间。对于风阻的影响，有可能为正向因素，也可能为负向因素，需根据发动机与风向的角度不同而不同。

1 发动机裸机状态惯性运转时间分析

发动机运转系统应考虑所有传动系，按出厂状态安装所有机载设备。为获取裸机状态惯性运转时间，需对发动机运转传动系统进行分析研究，获取传动系统的转动惯量，根据定轴转动动力学方程解算惯性运转时间。

以某发动机的传动系统为例，其传动系的组成见图1。通过CATIA建模或按公式（1）[2]、公式（2）[3]获取所有设备及传动系中各零组部件的转动惯量。公式（1）为齿轮转动惯量，公式（2）为同一转轴转动惯量计算方法。以每一传动轴为研究对象，在忽略各种能量损失的情况下，假设转子平衡做得很好，使得每一个转动部件的质心均在转轴

上[4]，根据动量定理，等效部件的总动能等于各运动部件的动能之和[2]，见公式（3）。由公式（1）～（3）计算获取发动机1号传动系等效部件转动惯量为40.22kg·m2，2号传动系等效部件转动惯量为12.36kg·m2。根据回转支承装置的摩擦阻力矩[5]计算公式（4），在计算中，滚动摩擦系统μ值的选取较为复杂，一般在0.005～0.014[6]之间选取。1号传动系D0为210mm，2号传动系D0为140mm，轴向载荷G均按风车阻力1500N[7]考虑，倾覆力矩M按0N处理，径向载荷H按转子重量考量，1号传动系重量为485.9kg，2号传动系重量为326.1kg。根据上述假设，计算获取发动机1号及2号传动系的摩擦阻力矩见图2。以发动机1000r/min起开始计算惯性运转时间，由定轴转动动力学公式（5）计算获取发动机1号及2号传动系惯性运转时间见图3。

公式（6）中，Mz为负载阻力矩，单位N·m，Q为液压流量，单位L/min，ΔP为负载压差，单位MPa，ω为角速度。

由于液压负载挂在2号传动系统上，根据最大液压负载情况及公式（5），计算获取带最大负载时发动机2号传动系惯性运转时间见图5。2号传动系空载和满载情况下惯性运转时间见图6。

从上述结果可以看出，液压负载对于发动机惯性运转的影响相对较大，尤其在摩擦系数较小时，因此，在确定液压負载时，需与发动机供应商协商[1]，以免影响发动机空中起动。

3 发动机惯性运转时间实测情况

发动机带与不带负载的惯性运转时间可以从实际试车记录中获取，对某型发动机进行了台架装液压泵但液压负载在3MPa左右、不装液压泵以及发动机装机后液压负载为满负载15MPa的惯性运转时间进行了实测，2号传动系统测试结果见图7。实测结果表明，液压负载对于发动机惯性运转的影响与预估的结果一致。

4 结语

发动机惯性运转时间是考量发动机转子运转灵活与否的参数，对于发动机惯性运转时间，可以通过合理分析计算获取，但实际量值的确定因转子支承的摩擦阻力系数无法准确给出而需通过发动机台架多次试车后综合考量确定。另外，当发动机所带负载存在差异时，必然造成阻力矩的差异，该值必须重新再次核定。

参考文献：

[1]张新太，等.飞机设计手册第12册第13章，671.

[2]李国康，董玉民.齿轮传动等效转动惯量最小原则的研究，重型机械，2004（1）：44-46.

[3]周瑞雪.对几种刚体转动惯量的研究，贵阳学院学报，2011，6（3）：10-12.

[4]万春明.刚体定轴转动的动量矩，长春光学精密机械学院学报，2001，24（3）：36-38.