基于Origin語(yǔ)言的某型教練機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)故障診斷與分析

劉龍園，晏 瑩，鄧新華，古遠(yuǎn)康，楊建勇

（中航工業(yè)洪都,江西南昌330024）

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟,是航空機(jī)械設(shè)備中故障率最高、調(diào)整最復(fù)雜、維護(hù)工作量最大的系統(tǒng),其工作狀態(tài)的好壞直接影響到飛機(jī)的安全可靠與運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì),航空發(fā)動(dòng)機(jī)的故障發(fā)生率約占整個(gè)飛機(jī)故障的30%，飛機(jī)因機(jī)械原因發(fā)生的重大飛行事故中40%左右是由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障導(dǎo)致的，而發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，是保證發(fā)動(dòng)機(jī)提供有效推力的必要條件，所以發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)正常工作對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是非常重要的[2]。

1 某型教練機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

1.1 某型教練機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)介紹

某型發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制采用全權(quán)限數(shù)字控制系統(tǒng)，可以保證在任何飛行狀態(tài)下，最大限度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的氣動(dòng)穩(wěn)定性裕度，采用小功率的空氣起動(dòng)裝置，推進(jìn)效率較高，使用維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)性好。發(fā)動(dòng)機(jī)為飛機(jī)提供推力，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和液壓泵供給壓力，飛機(jī)環(huán)控和燃油系統(tǒng)提供壓縮空氣。

與此同時(shí)該型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種雙轉(zhuǎn)子，雙涵道的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)主要是由風(fēng)扇、帶傳動(dòng)機(jī)匣、分流機(jī)匣、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、單級(jí)高壓渦輪、單級(jí)低壓渦輪、渦輪支撐、外機(jī)匣、轉(zhuǎn)接管、排氣錐、延伸筒和尾噴管口等組成。壓氣機(jī)和渦輪均為軸流式，采用高效短環(huán)形燃燒室，并采用單元體設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)由12個(gè)主要模塊組成[3]。

1.2 某型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量控制系統(tǒng)

1）發(fā)動(dòng)機(jī)按以下規(guī)律（程序）的最小燃油流量

其中：GTmin程序-最小燃油流量設(shè)定（程序）值，公斤/小時(shí)。

GTmin-不隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)變化的最小燃油流量，公斤/小時(shí)。

GTmin狀態(tài)-在每一個(gè)狀態(tài)下工作時(shí)的最小燃油流量，公斤/小時(shí)。

K減速-減速系統(tǒng)，（公斤/小時(shí)）/公斤力/厘米2；

P高壓壓氣機(jī)-高壓壓氣機(jī)后的空氣總壓，公斤力/厘米2

2）發(fā)動(dòng)機(jī)按以下規(guī)律（程序）的最大燃油流量

其中：GTmax程序-最大燃油流量設(shè)定（程序）值，公斤/小時(shí)。

GTmax-不隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)變化的最大燃油流量，公斤/小時(shí)。

GTmax狀態(tài)-在每一個(gè)狀態(tài)下工作時(shí)的最大燃油流量，公斤/小時(shí)。

1.3 某型發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制和監(jiān)控系統(tǒng)是帶有液壓機(jī)械備份控制的電子數(shù)字系統(tǒng)。其功能有自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)；有效監(jiān)控和診斷發(fā)動(dòng)機(jī)；向飛機(jī)系統(tǒng)輸出信息。

自動(dòng)控制和監(jiān)控系統(tǒng)由主系統(tǒng)和應(yīng)急系統(tǒng)組成。主控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)為電子液壓機(jī)械系統(tǒng)，應(yīng)急自動(dòng)控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)為液壓氣壓系統(tǒng)。從主自動(dòng)控制和監(jiān)控系統(tǒng)到應(yīng)急自動(dòng)控制和監(jiān)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是自動(dòng)的。自動(dòng)控制和監(jiān)控系統(tǒng)保證泵調(diào)節(jié)器，高壓壓氣機(jī)可調(diào)導(dǎo)向器的調(diào)節(jié)器，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口送壓無(wú)損耗受感器，發(fā)動(dòng)機(jī)及系統(tǒng)工作參數(shù)傳感器和信號(hào)器正常工作。轉(zhuǎn)應(yīng)急控制系統(tǒng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)只有兩個(gè)工作狀態(tài)：0.3最大狀態(tài)和0.7最大狀態(tài)，當(dāng)油門桿角度≥51.1°時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于0.7最大狀態(tài)；當(dāng)油門桿角度＜51.1°時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于0.3最大狀態(tài)。

1.4 某型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)故障

某型發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行高度H=1km，表速度V=868km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)出“一級(jí)故障”，下顯示出現(xiàn)“發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量控制故障”，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃油應(yīng)急控制系統(tǒng)。

2 Originlab語(yǔ)言

Origin是美國(guó)OriginLab公司開發(fā)的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件，是科學(xué)工作制和工程師常用的高級(jí)數(shù)據(jù)分析和制圖工具，自1991年問(wèn)世以來(lái)，由于其操作簡(jiǎn)易，功能開放，很快就成為國(guó)際流行的分析軟件之一，是公認(rèn)的簡(jiǎn)單易學(xué)、操縱靈活功能強(qiáng)大的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要、也可以滿足高級(jí)用戶數(shù)據(jù)分析函數(shù)擬合的需要。在國(guó)內(nèi)，其使用范圍也越來(lái)越廣泛[1]。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)曲線

運(yùn)用OriginLab公司開發(fā)的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件Origin分析某型發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，繪制了發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿、飛行高度、飛行速度、發(fā)動(dòng)機(jī)消耗燃油流量、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參數(shù)曲線，如圖1所示。

2.2 燃油流量控制故障原因

根據(jù)圖1曲線可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行高度H=1km，表速度V=868km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在最大狀態(tài)下的供油量超過(guò)了發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)狀態(tài)的最大燃油流量軟件值GT=2300kg/h，F(xiàn)ADEC就認(rèn)為此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量控制系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，于是發(fā)動(dòng)機(jī)從主燃油流量控制轉(zhuǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)急流燃油量控制。

3 燃油流量控制故障解決措施：

1）發(fā)動(dòng)機(jī)特性

某型發(fā)動(dòng)機(jī)在較寬的工作狀態(tài)、大氣條件、飛行高度和速度范圍內(nèi)工作，因此，其參數(shù)值（推力、燃油流量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、空氣流量、渦輪前和渦輪后的燃?xì)鉁囟取簹鈾C(jī)后的空氣壓力）變化很大。這些變化表現(xiàn)為下列三種特性：節(jié)流特性、氣候特性和高度速度特性，如圖2所示。

2）同時(shí)結(jié)合某型發(fā)動(dòng)機(jī)在平時(shí)飛行過(guò)程中積累的飛行數(shù)據(jù)，得出飛機(jī)在各個(gè)高度下以1000km/h表速飛行時(shí)所消耗的燃油流量，如表1所示。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)曲線

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)三大特性

表1 各高度表速1000km/h時(shí)實(shí)際燃油流量

根據(jù)上述發(fā)動(dòng)機(jī)的三大特性以及結(jié)合某型發(fā)動(dòng)機(jī)在平時(shí)飛行過(guò)程中積累的飛行數(shù)據(jù)，得出飛機(jī)在各個(gè)高度下以1000km/h表速飛行時(shí)所消耗的燃油流量情況得出解決措施為：對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行更改，當(dāng)燃油流量小于2300Kg/h時(shí)，則允許燃油流量繼續(xù)上升，直到T4到達(dá)791℃時(shí)，燃油流量不再上升，發(fā)動(dòng)機(jī)的消耗流量最大為燃油流量調(diào)節(jié)器的最大允許流量2500Kg/h，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃流量控制不會(huì)轉(zhuǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)燃油應(yīng)急控制 （同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件沒(méi)有進(jìn)行更改前，發(fā)動(dòng)機(jī)只允許在1500米以下，V=800Kg/h下飛行）。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件更改后發(fā)動(dòng)機(jī)工作曲線

發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件更改后，根據(jù)圖3曲線，可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行高度H=1km，表速度V=868km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在最大狀態(tài)下的供油量沒(méi)有超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)狀態(tài)的最大燃油流量軟件值（GT=2300kg/h），發(fā)動(dòng)機(jī)在主燃油流量控制系統(tǒng)下工作正常。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)曲線

5 結(jié)語(yǔ)

某型教練機(jī)在進(jìn)行高度H=1km，表速度V=868km/h的飛行時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)在最大狀態(tài)下的供油量超過(guò)了發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)狀態(tài)的最大燃油流量軟件值（GT=2300kg/h），F(xiàn)ADEC就認(rèn)為此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量控制系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，于是發(fā)動(dòng)機(jī)從主燃油流量控制轉(zhuǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)急流燃油量控制。根據(jù)上述發(fā)動(dòng)機(jī)的三大特性以及結(jié)合某型發(fā)動(dòng)機(jī)在平時(shí)飛行過(guò)程中積累的飛行數(shù)據(jù)，得出飛機(jī)在各個(gè)高度下以1000km/h表速飛行時(shí)所消耗的燃油流量情況，對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行更改，當(dāng)燃油流量小于2300Kg/h時(shí)，則允許燃油流量繼續(xù)上升，直到T4到達(dá)791℃時(shí)，燃油流量不再上升，發(fā)動(dòng)機(jī)的消耗流量最大為燃油流量調(diào)節(jié)器的最大允許流量2500Kg/h，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃流量控制不會(huì)轉(zhuǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)燃油應(yīng)急控制，解決了某型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量控制故障。

[1]周劍平.精通Origin7.0.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004，3.

[2]宮寶成.航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油和控制系統(tǒng).高等教育出版社，2001，4.

[3]某型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)使用說(shuō)明書.

[4]某型飛機(jī)技術(shù)維護(hù)使用說(shuō)明書.

[5]宮寶成.航空發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)裝置.高等教育出版社,2001，4.