国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

高溫燃油對航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的影響分析

2013-09-28 09:39張東輝
航空發(fā)動機 2013年1期
關鍵詞:滑油電磁閥燃油

張東輝

(中航工業(yè)動力控制系統(tǒng)研究所,江蘇無錫 214063)

0 引言

隨著現(xiàn)代軍事技術的飛速發(fā)展,機載電子設備不斷增多,發(fā)熱量不斷增大,如在第3代戰(zhàn)斗機中,Su-27和F-18戰(zhàn)斗機的電子艙熱載荷分別為18、19 kW,而作為第4代戰(zhàn)斗機代表的F-22有2個電子艙,總設計熱載荷達到55 kW。隨著熱載荷的增大,傳統(tǒng)的空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)ACS(Air Cycle System)很難冷卻這些電子設備。另外,隨著飛機戰(zhàn)斗性能的提高,飛機的載油量也大大增加。某型飛機1次載油量可達數(shù)噸,利用燃油作為冷源的優(yōu)點(如燃油在所有飛行狀態(tài)下溫度較穩(wěn)定、不影響飛機的隱身性能、代償損失小等)日益引起重視。特別是當飛機在大馬赫數(shù)下飛行時,以燃油作為冷源將會大大減小對飛機氣動外形的影響,提高飛機的隱身性能。因此,在高性能戰(zhàn)斗機中,燃油憑借其在飛行初始階段高儲存量及其高比熱的優(yōu)點,被用作主要的儲能和熱沉媒質(zhì)。然而,在吸收飛機各系統(tǒng)熱量后,隨著燃油溫度的升高,發(fā)動機控制系統(tǒng)的功能和性能必將受到較大影響。

本文從幾方面分析高溫燃油對發(fā)動機控制系統(tǒng)的影響,以初步確定發(fā)動機控制系統(tǒng)對燃油溫度的限制值。

1 溫度升高對燃油特性的影響分析

隨著溫度的升高,燃油本身的特性發(fā)生改變,與發(fā)動機控制系統(tǒng)相關的變化參數(shù)有密度、運動黏度、飽和蒸汽壓、橡膠相容性和熱安定性。

1.1 密度

燃油密度隨溫度的變化情況見表1。

分析表1中數(shù)據(jù)可知,隨著燃油溫度的升高,燃油的密度減小,供給發(fā)動機的質(zhì)量流量發(fā)生變化,發(fā)動機控制系統(tǒng)只能通過溫度補償?shù)姆绞綄θ加土髁窟M行修正,當燃油溫度變化范圍較大時,會給發(fā)動機控制系統(tǒng)的溫度補償帶來較大困難,如果補償不充分會造成在發(fā)動機開環(huán)控制階段(如在起動和加減速過程)易出現(xiàn)貧油和富油的情況。在某型發(fā)動機使用過程中,曾經(jīng)由于溫度補償無法兼顧低溫狀態(tài)而發(fā)生冷天發(fā)動機起動懸掛的故障。

1.2 運動黏度

燃油運動黏度隨溫度的變化見表2。

在流體動力潤滑過程中,1層由液體潤滑劑構(gòu)成的膜分開了相對運動的固體表面,使其免于相互接觸。黏度較大的液體比黏度較小的液體更容易形成液膜,因此流體動力潤滑性更好[4]。分析表2中的數(shù)據(jù)可知,隨著燃油溫度的升高,燃油的運動黏度減小,使發(fā)動機控制系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的流體動力潤滑性變差,并導致燃油的泄漏量增加,降低了控制系統(tǒng)的可靠性。

1.3 飽和蒸汽壓

燃油的飽和蒸汽壓隨溫度的變化見表3。

分析表3中的數(shù)據(jù)可知,隨著溫度的升高,燃油的飽和蒸汽壓隨之增大,當燃油系統(tǒng)內(nèi)壓力低于燃油飽和蒸汽壓時,由于燃油汽化而導致燃油流量減小或中斷,造成氣塞。

表2 不同溫度下的燃油運動黏度

表3 不同溫度下的燃油飽和蒸汽壓

1.4 橡膠相容性

橡膠相容性指燃油與橡膠長期接觸而使橡膠質(zhì)量發(fā)生變化的情況。隨著燃油溫度的升高,橡膠件的耐油系數(shù)減小,見表4[3]。燃油與橡膠不相容將導致橡膠硬化,失去彈性、變形,在機械力的作用下出現(xiàn)裂紋,引起密封件漏油,使發(fā)動機控制系統(tǒng)不能正常工作。

表4 不同溫度下的燃油橡膠相容性

1.5 熱安定性

當燃油處于高溫時會趨向于氧化并形成膠質(zhì)和顆粒物,燃油吸收的熱量加速了膠質(zhì)的生成和顆粒物的化學反應,對發(fā)動機產(chǎn)生以下影響:

(1)沉積在燃油過濾器上,增加過濾器壓降,減少燃油流動;

(2)沉積在燃油噴嘴上,導致噴嘴結(jié)焦堵塞,影響供油和噴霧質(zhì)量;

(3)沉積在液壓機械裝置的活門間隙中,嚴重時會卡死調(diào)節(jié)活門并中斷供油;

(4)沉積在燃滑油散熱器上,降低熱交換效率,使發(fā)動機滑油溫度提高。

溫度對燃油沉淀量的影響如圖1所示[3]。加入熱安定型添加劑可以提高燃油的熱安定性。

圖1 溫度對燃油沉淀量的影響

2 高溫燃油對液壓機械裝置的影響分析

高溫燃油對液壓機械裝置的影響主要體現(xiàn)在對燃油泵特性的影響和對液壓機械裝置可靠性的影響。

2.1 對低壓離心泵氣蝕特性的影響

航空燃油中都含有一定的溶解空氣,當油液壓力降低到某一值時,空氣就從油液中分離出來形成氣泡,若壓力繼續(xù)降低到相應溫度的飽和蒸汽壓時,油液將沸騰汽化產(chǎn)生大量氣泡,這2種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象均稱為氣穴。液壓系統(tǒng)發(fā)生氣穴,氣泡隨油液流至高壓區(qū)后,在高壓作用下迅速破裂,產(chǎn)生局部液壓沖擊,使壓力和溫度急劇升高,同時油液中逸出的氣體具有較強的酸化作用,長時間作用下可使零件表面發(fā)生腐蝕,這種因氣穴造成的腐蝕稱為汽蝕。

隨著溫度的升高,燃油的飽和蒸汽壓隨之變大,當燃油的飽和蒸汽壓高于燃油系統(tǒng)進口最低壓力時,低壓離心泵進口燃油發(fā)生汽化,使低壓離心泵發(fā)生氣蝕。

為確保燃油不發(fā)生沸騰或燃油系統(tǒng)在溫度升高時不形成汽塞,通常限制發(fā)動機進口燃油溫度不高于93℃。

2.2 對高壓齒輪泵效率的影響

隨著燃油溫度提高,燃油黏度和潤滑性大大減小,使高壓齒輪泵內(nèi)部的泄漏量變大,導致泵的容積效率降低,對某型高壓齒輪泵試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明,燃油溫度每提高30℃,齒輪泵效率約降低10%。

2.3 對液壓機械裝置可靠性的影響

燃油溫度提高對液壓機械可靠性的影響體現(xiàn)在以下幾方面:

(1)引起熱膨脹系數(shù)不同的運動副之間間隙變化,變小時會造成元件“卡死”,失去工作能力,變大時會造成泄漏增加;

(2)使油液形成膠狀物質(zhì),并在物體局部過熱的表面上形成沉積物(殘渣),堵塞元件小孔和縫隙,使之不能正常工作;

(3)鋁合金殼體長期處于120℃時,其抗拉強度較常溫20℃時的降低13%左右,從而降低了產(chǎn)品的抗壓力沖擊能力;

(4)加速密封圈、密封膠料、密封劑等非金屬材料的老化,使可靠性和壽命大大降低。

根據(jù)美國海軍水面作戰(zhàn)中心2006年發(fā)行的《機械設備可靠性預計程序手冊》,在典型的液壓機械裝置式活門襯套的失效率統(tǒng)計數(shù)據(jù)中,工作介質(zhì)溫度變化時對失效率系數(shù)CV的影響見表5。

表5 溫度對活門襯套失效率系數(shù)Cv的影響

3 高溫燃油對電氣元件的影響分析

隨著燃油溫度的升高,發(fā)動機控制系統(tǒng)中與燃油接觸的電氣元件(如電液伺服閥、電磁閥、LVDT)的特性隨之變化,從而對發(fā)動控制系統(tǒng)造成不利影響。

3.1 電液伺服閥

作為發(fā)動機控制系統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換裝置,電液伺服閥的性能直接影響發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制精度,隨著燃油溫度的升高,電液伺服閥的性能變差。對某型發(fā)動機控制系統(tǒng)使用的電液伺服閥進行溫度試驗得到的結(jié)果見表6。從試驗結(jié)果看,隨著燃油溫度的升高,電液伺服閥的零位漂移、額定流量、分辨率、滯環(huán)、內(nèi)漏、頻率特性、滑閥剪切力各項性能均有不同程度的下降,從而導致發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制精度變差。

表6 燃油溫度對電液伺服閥特性的影響

3.2 電磁閥

發(fā)動機控制系統(tǒng)中的電磁閥通常用于實現(xiàn)主備份通道切換、消喘、停車等功能,隨著燃油溫度的升高,電磁閥的線圈電阻增大,導致電磁閥的最低工作電壓升高,對某型發(fā)動機控制系統(tǒng)使用的電磁閥進行溫度試驗得到的結(jié)果見表7。從試驗結(jié)果看,隨著燃油溫度的升高,電磁閥的最低工作電壓升高,使電磁閥存在無法正常工作的隱患,降低了發(fā)動機控制系統(tǒng)的可靠性。

表7 燃油溫度對電磁閥特性的影響

3.3 LVDT

發(fā)動機控制系統(tǒng)中的LVDT用于測量計量活門、伺服作動筒等重要控制變量的位置,與電子控制器、電液伺服閥共同構(gòu)成閉環(huán)控制回路。隨著燃油溫度的升高,LVDT的溫漂使其精度變差,選取同批次的2臺LVDT產(chǎn)品進行溫度試驗,其試驗結(jié)果如圖2、3所示。從試驗結(jié)果看,隨著溫度的升高,LVDT的精度變差,且同批次產(chǎn)品具有一定的差異性,很難進行精確的溫度補償。

4 高溫燃油對發(fā)動機滑油系統(tǒng)的影響分析

航空發(fā)動機的滑油系統(tǒng)通常采用燃油對滑油進行冷卻,隨著燃油溫度的升高,對滑油的冷卻效果變差,使滑油的溫度隨之升高。

航空發(fā)動機常用4106合成航空潤滑油或4050高溫合成航空潤滑油,其使用工作溫度為-40~200℃,短期可達220℃,通過發(fā)動機燃滑油散熱器用燃油對滑油進行冷卻。為了使發(fā)動機各軸承腔燃油溫度特別是滑油后腔回油溫度不超過220℃的限制值,通常控制燃滑油散熱器出口的滑油供油溫度不超過150℃,因此應限制燃滑油散熱器出口的燃油溫度不超過150℃,否則燃油無法對滑油進行有效散熱。

圖2 不同燃油溫度下的LVDT測量精度(產(chǎn)品a)

圖3 不同燃油溫度下的LVDT測量精度(產(chǎn)品b)

5 對燃油溫度的限制要求

根據(jù)以上分析結(jié)果,對發(fā)動機燃油溫度的限制應包括對發(fā)動機進口和燃燒室噴嘴前的燃油溫度限制,其目的分別為防止低壓增壓泵出現(xiàn)氣蝕和防止燃油噴嘴結(jié)焦。

對發(fā)動機進口燃油溫度的限制應根據(jù)飛機向發(fā)動機供給燃油的最低壓力和低壓增壓泵的最小流量確定,若發(fā)動機控制系統(tǒng)不具備向飛機油箱旁路回油的功能,則發(fā)動機進口燃油溫度一般不超過93℃。對帶有旁路回油的發(fā)動機控制系統(tǒng),由于旁路油路增加了低壓增壓泵的燃油流量,發(fā)動機進口燃油溫度限制值可適當提高,但最高不能超過110℃。

對發(fā)動機燃燒室噴嘴前燃油溫度的限制應根據(jù)所選燃油的氧化沉積結(jié)焦溫度確定,文獻[5]中規(guī)定:燃燒室燃油噴嘴處的最大燃油溫度不得超過177℃,否則將發(fā)生噴嘴焦化。而在JSSG-2007B《航空渦噴渦扇渦軸渦槳發(fā)動機聯(lián)合使用規(guī)范指南》中指明:當燃油溫度達到149~177℃時將會出現(xiàn)穩(wěn)定性問題,引起沉淀和噴嘴性能迅速惡化。

6 結(jié)論

隨著發(fā)動機燃油溫度的升高,燃油本身的特性發(fā)生變化,使發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制精度和可靠性降低,且燃油對滑油系統(tǒng)的冷卻效率大大降低。為了保證發(fā)動機控制系統(tǒng)的控制性能,并能給發(fā)動機滑油系統(tǒng)有效散熱,應對發(fā)動機燃油系統(tǒng)的燃油溫度進行限制,通常應限制發(fā)動機燃油的最高溫度不超過150℃,以保證發(fā)動機在可靠工作的同時以最大能力承擔飛機的散熱任務。

[1]高峰,袁修干.高性能戰(zhàn)斗機燃油熱管理系統(tǒng)[J].北京航空航天大學學報,2009,35(11):1353-1355.GAO Feng,YUAN Xiugan.Fuel thermal management system of high performance fighteraircraft[J].Journalof Beijing University of Aeronauticsand Astronautics,2009,35(11):1353-1355.(in Chinese)

[2]徐志英,莊達民.飛機燃油系統(tǒng)熱管理研究[J].航空動力學報,2007,22(11):1833-1836.XU Zhiying,ZHUANG Damin.Research of heat management for aircraft fuel system[J].Journal of Aerospace Power,2007,22(11):1833-1836.(in Chinese)

[3]中國航空材料手冊編輯委員會.中國航空材料手冊(第6卷):橡膠、密封劑、燃料及潤滑材料[M].北京:中國標準出版社,1989:369-406.Chinese Aeronautical Materials Handbook Commitment.Chinese Aeronautical Materials Handbook 6,rubber,sealant,fuel,lube[M].Beijing:Standards press of china,1989:369-406.(in Chinese)

[4]付偉,李明,陶志平編.世界航空燃料規(guī)格及進展[M].北京:中國石化出版社,2011:12-34.FU Wei,LI Ming,TAO Zhiping.World aero fuel specification and progress[M]. Beijing:China petrochemical press,2011:12-34.(in Chinese)

[5]羅伊蘭頓著.飛機燃油系統(tǒng)[M].上海:上海交通大學出版社,2010:9-84.Roy Langton.Aircraft fuel systems[M].Shanghai:Shanghai Jiao Tong University Press,2010:9-84.(in Chinese)

[6]朱錕,鄧宏武.超臨界壓力下航空煤油結(jié)焦換熱綜述及實驗[J].航空動力學報,2010,25(11):2473-2475.ZHU Kun,DENG Hongwu.Review and experimental study of the coke deposition and heat transfer characteristics of aviation kerosene at supercritical pressure[J].Journal of Aerospace Power,2010,25(11):2473-2475.(in Chinese)

[7]金迪,徐國強,王英杰,等.不銹鋼表面氧化對RP-3航空煤油熱氧化結(jié)焦的影響[J].航空發(fā)動機,2010(1):34-37.JIN Di,XU Guoqiang,WANG Yingjie,et al.Influence of stainless steel oxidizing on the thermal oxidation coking of RP-3 aviation kerosene[J].Aeroengine,2010,36(1):34-37.(in Chinese)

[8]江晨曦,仲峰泉.超臨界壓力下航空煤油流動與傳熱特性試驗[J].推進技術,2010,31(2):231-233.JIANG Chenxi,ZHONG Fengquan.Experiment on convectiveheat transfer of aviation kerosene under supercritical pressures[J].Journal of Propulsion Technology,2010,31(2):231-233.(in Chinese)

[9]朱玉紅,米鎮(zhèn)濤,張香文.航空燃料高溫裂解條件下熱穩(wěn)定添加劑的研究進展[J].化工進展,2006,25(6):595-599.ZHU Yuhong,MIZhentao,ZHANG Xiangwen.Recent progress of thermal stabilizers in pyrolysis of jetfuel at elevated temperature[J].Chemical Industry and Engineering Progress,2006,25(6):595-599.(in Chinese)

[10]李華強,費逸偉,姜旭峰.噴氣燃料在合金表面的碳沉積[J].表面技術,2005,34(4):62-64.LI Huaqiang,FEI Yiwei,JIANG Xufeng.Carbon deposits on the surface of superalloys from jet fuel[J].Surface Technology,2005,34(4):62-64.(in Chinese)

[11]王英杰,徐國強.進口溫度影響航空煤油結(jié)焦特性實驗[J].航空動力學報,2009,24(9):1973-1976.WANG Yingjie,XU Guoqiang.Experimentalstudyof influence of inlet temperature on aviation kerosene coking characteristics[J].Journal of Aerospace Power,2009,24(9):1973-1976.(in Chinese)

猜你喜歡
滑油電磁閥燃油
基于ANSYS Maxwell的比例電磁閥隔磁環(huán)仿真分析與優(yōu)化
低速機電控噴油器電磁閥換熱特性計算
燃油泄漏闖了禍
淺析航空活塞發(fā)動機滑油系統(tǒng)故障及維護事項
福特6F35變速器的電磁閥控制策略
某型發(fā)動機增設滑油低壓開關可行性研究
奔馳S500車燃油表不準
邁騰1.8TSI車燃油消耗量大
奔馳GLA200車燃油表顯示異常
Freescale公司的可編程電磁閥控制器MC33816
淳安县| 铜鼓县| 昭觉县| 黑龙江省| 凉山| 宁南县| 长治市| 潢川县| 青川县| 普安县| 江口县| 江油市| 雷山县| 章丘市| 泰兴市| 玛纳斯县| 凤城市| 大同市| 安康市| 内黄县| 海城市| 德阳市| 柳林县| 天等县| 石林| 广州市| 延庆县| 文登市| 区。| 苏尼特右旗| 文水县| 汤阴县| 图木舒克市| 岳阳市| 武山县| 台州市| 大田县| 新绛县| 吉木萨尔县| 辛集市| 美姑县|