胡宇超 錢倫凱 李鵬輝/成都航利（集團）實業(yè)有限公司

0 引言

在發(fā)動機工作過程中，每種參數(shù)的變化均反映了發(fā)動機狀態(tài)的改變，異常的參數(shù)變化往往是故障的征兆，但發(fā)動機結(jié)構(gòu)方面具有的某些特點會在特定的條件下引發(fā)局部參數(shù)的特殊變化，這些變化并不完全是故障，通過對其分析可以更加深入地了解發(fā)動機工作的狀態(tài)。

1 現(xiàn)象描述

某型發(fā)動機的壓氣機共13 級，其中低壓壓氣機4 級，高壓壓氣機9 級。為保證高、低壓壓氣機的喘振裕度和效率，發(fā)動機設(shè)計上采用低壓壓氣機第一級進(jìn)口導(dǎo)流葉片葉梢尾端1/3 段變彎度可調(diào)，高壓壓氣機前三級導(dǎo)流葉片可調(diào)。

一架該型發(fā)動機在使用過程中因高壓壓氣機進(jìn)口可調(diào)葉片角度α2（以下簡稱α2）上升緩慢，在開涵道對高壓壓氣機進(jìn)口可調(diào)葉片傳動機構(gòu)進(jìn)行清洗潤滑時，現(xiàn)場測量發(fā)動機高壓可調(diào)葉片傳動機構(gòu)兩側(cè)合力共3.5kgf，高壓作動筒返廠檢查修理。該機地面開車，在飛機增壓泵接通、發(fā)動機未起動時，出現(xiàn)α2自動上升現(xiàn)象。

2 發(fā)動機α2 傳動機構(gòu)

發(fā)動機α2傳動機構(gòu)由主燃油泵調(diào)節(jié)器導(dǎo)向器控制機構(gòu)、高壓導(dǎo)向葉片傳動連桿機構(gòu)、反饋鋼索、作動筒及相連的導(dǎo)管等組成。作動筒兩腔供油由主燃油泵調(diào)節(jié)器導(dǎo)向器高壓分油活門控制，通過作動筒活塞桿的移動推動連桿機構(gòu)運動，反饋鋼索進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)，傳動結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3 原因分析

發(fā)動機工作時，主燃油泵調(diào)節(jié)器所有活門工作在控制油壓（定壓油）和環(huán)境油壓（主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔）建立的壓差環(huán)境中，高壓壓氣機進(jìn)口可調(diào)葉片角度α2通過控制油壓和泵內(nèi)腔環(huán)境油壓形成的壓差進(jìn)行控制，主燃油泵調(diào)節(jié)器通過漏油管連通轉(zhuǎn)接管，使主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的油壓與轉(zhuǎn)接管油壓一致；發(fā)動機不工作時，主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)部油壓與轉(zhuǎn)接管處油壓保持一致。

圖1 高壓壓氣機進(jìn)口可調(diào)葉片控制原理圖

3.1 發(fā)動機工作時α2 角度的調(diào)節(jié)

發(fā)動機正常工作時，由主燃油泵調(diào)節(jié)器指令杠桿帶動高壓分油活門移動。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，分油活門從中立位置左移時，分油活門切斷主燃油泵調(diào)節(jié)器齒輪泵后油路與作動筒有桿腔的連通，打開作動筒有桿腔到主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的回油，同時打開主燃油泵調(diào)節(jié)器齒輪泵后油路與作動筒無桿腔的連通，關(guān)閉作動筒無桿腔到主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的回油。此時，因泵后油壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔的油壓，在壓差作用下，作動筒活塞桿左移伸出，帶動α2角度增加，同時在反饋機構(gòu)的作用下，帶動分油活門右移，限制α2角度繼續(xù)增大。反之，則活塞桿右移收回，α2角度下降。

3.2 發(fā)動機未起動、飛機增壓泵接通時的運動分析

發(fā)動機未起動、飛機增壓泵接通時，主燃油泵調(diào)節(jié)器進(jìn)油口與轉(zhuǎn)接管回油油壓一致，泵后油壓與主燃油泵調(diào)節(jié)器內(nèi)腔油壓一致。分油活門處于任何位置都會使有桿腔和無桿腔連通的油路油壓一致。此時，因無桿腔截面比有桿腔截面大（后者少一個活塞桿截面，見圖2），導(dǎo)致油液在無桿腔一側(cè)對活塞的作用力大于有桿腔一側(cè)，活塞有伸出的趨勢。

圖2 高壓作動筒活塞桿

以f活塞表示活塞運動阻力；f機構(gòu)表示高壓可調(diào)靜子葉片機構(gòu)運動阻力；f反饋表示反饋機構(gòu)的運動阻力；P油表示泵增壓值；S活塞桿表示作動筒活塞桿截面；S有桿腔表示作動筒有桿腔油液的有效截面；S無桿腔表示作動筒無桿腔油液的有效截面。則：

S活塞桿=S無桿腔-S有桿腔

當(dāng)f活塞+f機構(gòu)+f反饋≤P油×S活塞桿時，作動筒活塞桿左移，活塞桿伸出，α2角度上升。

當(dāng)f活塞+f機構(gòu)+f反饋≥P油×S活塞桿時，作動筒活塞桿不伸出，α2角度不變。

3.3 案例發(fā)動機情況

上述發(fā)動機高壓可調(diào)葉片傳動機 構(gòu) 兩 側(cè) 合 力 共3.5kgf，即f機構(gòu)+f反饋= 3.5kgf。其作動筒經(jīng)過廠內(nèi)返修后阻力減小，統(tǒng)計測量廠內(nèi)其他新修作動筒的阻力值約為2 ～3kgf，因此雙側(cè)作動筒活塞運動阻力f活塞min=4kgf，f活塞max=6kgf，因此

f活塞+f機構(gòu)+f反饋=（7.5 ～9.5）kgf

廠內(nèi)修理時，作動筒活塞桿的直徑尺寸控制在15.77 ～16.07mm，則雙側(cè)活塞桿總截面積為S活塞桿=2×3.14×（16/2）2/100=4cm2；根據(jù)外場所測泵增壓值為0.236MPa，即

P油=0.236/0.098=2.41kgf/cm2

P油×S活塞桿=9.64kgf

新修的作動筒活塞桿摩擦阻力普遍偏小。當(dāng)作動筒活塞桿阻力小時，P油×S活塞桿>f活塞+f機構(gòu)+f反饋，使 得 活塞桿在飛機增壓泵接通時伸出，α2上升；當(dāng)作動筒活塞桿摩擦阻力較大時，P油×S活塞桿≤f活塞+f機構(gòu)+f反饋，活塞桿在飛機增壓泵接通時不能伸出，α2不會上升。

上述發(fā)動機作動筒新修后摩擦阻力偏小，加之有油封滑油殘留等原因，導(dǎo)致作動筒活塞桿摩擦阻力低，在飛機增壓泵接通時P油×S活塞桿>f活塞+f機構(gòu)+f反饋，使得活塞桿能夠克服較低的阻力伸出，α2上升。

3.4 同類現(xiàn)象梳理

另一臺同型發(fā)動機在外場開涵道潤滑α2傳動機構(gòu)后也出現(xiàn)試車時接通增壓泵后α2自動上升到60°的情況。冷運轉(zhuǎn)時，隨著N2轉(zhuǎn)速的上升，α2自動回落到初始位置；模擬試驗試車過程中，也曾出現(xiàn)兩臺發(fā)動機在接通增壓泵后α2自動上升情況，發(fā)動機起動后，隨著N2轉(zhuǎn)速的上升，α2都自動回落到初始位置。

4 總結(jié)

因作動筒活塞桿有桿腔有效截面積小于無桿腔，導(dǎo)致相同油壓下活塞右側(cè)受力大于左側(cè)，存在使活塞桿伸出的作用力差。

如果活塞桿截面較小，增壓泵油壓較低，同時運動機構(gòu)阻尼較大，那么接通增壓泵后該作用力差很難抵消運動機構(gòu)的阻力，不會出現(xiàn)α2自動上升現(xiàn)象。但當(dāng)運動機構(gòu)潤滑較好、作動筒活塞桿摩擦力較小時，該作用力差可能克服阻力推動活塞桿伸出，出現(xiàn)α2上升現(xiàn)象。

該現(xiàn)象發(fā)生后不會影響發(fā)動機繼續(xù)使用，發(fā)動機起動后隨著轉(zhuǎn)速的增加，α2將自動回落；發(fā)動機繼續(xù)使用一段時間后，傳動機構(gòu)阻尼將逐漸變大，作動筒活塞桿阻尼逐漸上升，該現(xiàn)象將消失。