袁書生，蒙禮功

（廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院飛機(jī)維修工程學(xué)院，廣東 廣州510403）

0 引言

高職院校航空機(jī)務(wù)維修專業(yè)主要面向民用航空器維修企業(yè)，培養(yǎng)從事民用飛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和動(dòng)力裝置一線維修工作的高素質(zhì)技能型專門人才。根據(jù)專業(yè)對(duì)應(yīng)工作崗位群的技能要求，機(jī)務(wù)維修專業(yè)應(yīng)該開設(shè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車實(shí)訓(xùn)課程[1]。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車培訓(xùn)是一個(gè)綜合性培訓(xùn)項(xiàng)目，要求學(xué)員必須具備相關(guān)的飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)知識(shí)[2]。高職院校學(xué)生剛剛開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的知識(shí)，基礎(chǔ)知識(shí)尚不牢固，如果使用虛擬設(shè)備來進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試車實(shí)訓(xùn)教學(xué)，在沒有實(shí)物的情況下“紙上談兵”會(huì)使學(xué)生理解起來很困難甚至無法理解。對(duì)于復(fù)雜事物的學(xué)習(xí)，按照“從易到難，從具體到抽象”的方式會(huì)取得好的學(xué)習(xí)效果，反之必然會(huì)造成學(xué)習(xí)困難和效率低下[3-5]。因此，高職院校的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車實(shí)訓(xùn)課程應(yīng)該采用真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)來進(jìn)行初始試車培訓(xùn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)熱態(tài)工作時(shí)噪音很大、運(yùn)行成本高、并且存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，不適合用于學(xué)校教學(xué)[6]。為了達(dá)到校園環(huán)境下的使用要求，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行適當(dāng)改裝，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠進(jìn)入冷態(tài)的恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以這種狀態(tài)來模擬發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)使用真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試車教學(xué)的目標(biāo)。

1 冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

1.1 起動(dòng)機(jī)類型選擇

冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)的不同要求，起動(dòng)機(jī)的種類和功率來源也不同，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)機(jī)主要有三種類型：空氣渦輪起動(dòng)機(jī)、電動(dòng)起動(dòng)機(jī)、燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)。不同類型的起動(dòng)機(jī)工作特點(diǎn)不同，需要配套的設(shè)備也不同，由于校園環(huán)境下使用的特殊性，需要先選擇起動(dòng)機(jī)類型，再根據(jù)起動(dòng)機(jī)類型去選擇適合的發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)噪音大，無法在校園環(huán)境下使用；空氣渦輪起動(dòng)機(jī)需要有氣源才能工作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在地面臺(tái)架上進(jìn)行試車時(shí)，需要配備價(jià)格昂貴的地面氣源車才能進(jìn)行起動(dòng)，配套成本太高，也不適合用于高校教學(xué)；電動(dòng)起動(dòng)機(jī)可由地面電瓶供電，配套設(shè)備的成本較低，工作時(shí)噪音小，適合在校園環(huán)境下使用?？梢姡l(fā)動(dòng)機(jī)試車實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)該采用使用電動(dòng)起動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。電動(dòng)起動(dòng)機(jī)主要用于小推力/功率發(fā)動(dòng)機(jī)，這類發(fā)動(dòng)機(jī)也是國內(nèi)高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)廣泛使用的發(fā)動(dòng)機(jī)。

1.2 冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

某型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是國內(nèi)航空院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)中使用最廣泛的機(jī)型之一，它的起動(dòng)機(jī)為電動(dòng)起動(dòng)機(jī)，下面以這種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)作為實(shí)例，說明發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)方法。

該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件見圖1，起動(dòng)發(fā)電機(jī)既是起動(dòng)機(jī)又是發(fā)電機(jī)，它通過附件傳動(dòng)機(jī)匣傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。電動(dòng)起動(dòng)機(jī)是一臺(tái)直流電動(dòng)馬達(dá)，通過附件傳動(dòng)機(jī)匣內(nèi)的減速齒輪、棘輪機(jī)構(gòu)、離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到自維持轉(zhuǎn)速后能自動(dòng)脫機(jī)。在起動(dòng)過程中，由起動(dòng)箱按照規(guī)定的時(shí)間程序，自動(dòng)控制各接觸器、繼電器的工作給起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)供電，無論起動(dòng)成功與否，30 s后自動(dòng)切斷起動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，見圖2.

圖1 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件

發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)方案是在發(fā)動(dòng)機(jī)原有起動(dòng)電路的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)超控電路，電源可以不經(jīng)過起動(dòng)箱直接給起動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，繼續(xù)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)至恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。使用繼電器控制超控電路接入時(shí)間點(diǎn)和運(yùn)行時(shí)間，保護(hù)起動(dòng)發(fā)電機(jī)不會(huì)因起動(dòng)扭矩過大或工作時(shí)間過長而損壞[7]。圖2為改裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)電路圖。

圖2 改裝后的起動(dòng)電路原理圖

1.3 超控電路的工作過程

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，K4電門閉合（由試車臺(tái)上的啟動(dòng)電門控制），28 V電源和12 V電源分別給發(fā)動(dòng)機(jī)原有啟動(dòng)電路和超控電路供電。起動(dòng)發(fā)電機(jī)在起動(dòng)箱的控制下進(jìn)入正常起動(dòng)程序，同時(shí)時(shí)間繼電器JS1、JS2開始觸發(fā)并計(jì)時(shí)。在K4電門閉合后30 s內(nèi)，將K5電門閉合，地面電瓶經(jīng)過電門K5、繼電器JS2給繼電器JS3供電，使其常開觸點(diǎn)吸合，電源供電至繼電器JS1的觸點(diǎn)，此時(shí)超控電路未接通。K4電門閉合后30 s時(shí)，繼電器JS1的觸點(diǎn)吸合，電源供電至繼電器J3，并使其常開觸點(diǎn)吸合，超控電路接通。地面電源直接通過繼電器J3給起動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，完成對(duì)起動(dòng)箱的超控，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入冷態(tài)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入冷態(tài)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)后，有兩種停車方式。一是把電門K5斷開時(shí)，繼電器J3常開觸點(diǎn)隨之?dāng)嚅_，切斷超控電路，發(fā)動(dòng)機(jī)停車。二是自動(dòng)停車，繼電器JS1觸點(diǎn)在（30+T）s后自動(dòng)斷開，繼電器J3常開觸點(diǎn)隨之?dāng)嚅_，切斷超控電路，發(fā)動(dòng)機(jī)停車。

1.4 超控電路接入時(shí)間點(diǎn)的控制

發(fā)動(dòng)機(jī)原有的起動(dòng)電路采用了分級(jí)起動(dòng)的方式來起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在起動(dòng)的過程中采用降壓起動(dòng)、電源串并聯(lián)轉(zhuǎn)換等方式，避免起動(dòng)功率過大損壞起動(dòng)發(fā)電機(jī)。而加裝的超控電路則是直接給起動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，不能單獨(dú)使用，必須和原有啟動(dòng)電路配合使用。即必須由發(fā)動(dòng)機(jī)原有起動(dòng)電路完成起動(dòng)后再接入供電，過早或過晚接入供電，都可能會(huì)損壞起動(dòng)發(fā)電機(jī)或傳動(dòng)裝置。因此必須準(zhǔn)確控制超控電路接入的時(shí)間點(diǎn)。

超控電路接入的時(shí)間點(diǎn)由繼電器JS1、JS2、JS3來控制。電門K5接通超控電路才能啟用，正確的操作是在電門K4閉合后30 s內(nèi)接通電門K5，此時(shí)繼電器JS3接通，繼電器JS1控制超控電路的接入時(shí)間。繼電器JS1設(shè)置為觸點(diǎn)在電門K4閉合30 s后吸合（發(fā)動(dòng)機(jī)原有起動(dòng)電路已經(jīng)完成起動(dòng)），使超控電路不能過早接通。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，在電門K4閉合30 s后才接通電門K5，超控電路接入就存在損壞起動(dòng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，繼電器JS2、JS3的作用是使電路不能接通。此時(shí)繼電器JS2的觸點(diǎn)已經(jīng)斷開，繼電器JS3的觸點(diǎn)無法吸合，電路不通，避免了超控電路過晚接通。

1.5 起動(dòng)發(fā)電機(jī)連續(xù)工作時(shí)間控制

起動(dòng)發(fā)電機(jī)連續(xù)工作時(shí)間是有限制的，超過規(guī)定時(shí)間就會(huì)損壞起動(dòng)發(fā)電機(jī)。起動(dòng)發(fā)電機(jī)單次連續(xù)工作時(shí)間由繼電器JS1控制，繼電器JS1的觸點(diǎn)在觸發(fā)后30 s接通、（30+T）s后自動(dòng)斷開，起動(dòng)發(fā)電機(jī)單次連續(xù)工作時(shí)間最長為（30+T）s.T的具體數(shù)值根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)試車手冊(cè)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)置，該型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)發(fā)電機(jī)連續(xù)工作時(shí)間不能超過5 min，減去正常起動(dòng)的時(shí)間30 s，T的最大值為270 s.

2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試

2.1 測(cè)試條件

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了起動(dòng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)的改裝。改裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到配套的冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)試車臺(tái)上，控制電路、指示系統(tǒng)與試車臺(tái)上的設(shè)備連接，由28 W的地面電瓶組給起動(dòng)系統(tǒng)供電，試車臺(tái)可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，并顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)，見圖3.

圖3 測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)與試車臺(tái)

2.2 冷運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試

（1）干冷轉(zhuǎn)測(cè)試

將發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式設(shè)置為干冷轉(zhuǎn)，把起動(dòng)電門旋轉(zhuǎn)到起動(dòng)位，發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行冷運(yùn)轉(zhuǎn)程序，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，30 s完成起動(dòng)循環(huán)，自動(dòng)停車。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速最高達(dá)到1 000 r/min，聲音低沉，在現(xiàn)場(chǎng)稍有震撼感，不會(huì)對(duì)校園內(nèi)老師和學(xué)生的工作、學(xué)習(xí)、生活造成影響。

（2）超控運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試

超控運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試進(jìn)行兩次，JS1的參數(shù)T分別設(shè)置為120 s和240 s.

第一次測(cè)試起動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間為2′30″，發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電路與超控電路在起動(dòng)30 s后順利交接，接替工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未感覺到發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生明顯變化，發(fā)動(dòng)機(jī)加速至1 000 r/min后維持在這一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，聲音低沉，無噪音污染。運(yùn)行至2′30″由時(shí)間繼電器JS1自動(dòng)切斷供電停車。

第二次測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與第一次測(cè)試基本一致，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行至4′15″時(shí)，試車人員將電門K5斷開，起動(dòng)發(fā)電機(jī)超控電路斷電，發(fā)動(dòng)機(jī)減速停車。

2.3 教學(xué)應(yīng)用說明

在發(fā)動(dòng)機(jī)上能夠進(jìn)行起動(dòng)前的準(zhǔn)備和檢查項(xiàng)目教學(xué)。在演練試車程序時(shí)，操作者在試車臺(tái)上完成所有的操作，能夠像在飛機(jī)駕駛艙內(nèi)一樣控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)（冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)替代熱態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)），達(dá)到基本相同的視聽效果。具體操作主要是在試車臺(tái)上完成，故不再累述。發(fā)動(dòng)機(jī)單次可連續(xù)運(yùn)行5 min，能夠完成一個(gè)或多個(gè)教學(xué)子項(xiàng)目，停車后需要的冷卻時(shí)間也不長，因此能夠滿足試車教學(xué)的需要。

3 結(jié)論

本文通過在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和加裝超控電路，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的恒速冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)了保護(hù)電路模塊，保護(hù)起動(dòng)發(fā)電機(jī)不會(huì)因誤操作而損壞。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)只消耗電能，運(yùn)行成本低、操作安全、沒有噪音污染，適合在校園環(huán)境下的使用。為高職院校使用真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開展試車實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供了可行的解決方案。