發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)尾噴口調(diào)節(jié)原理分析

馮寶+魯曉紅

【摘 要】 該發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)尾噴口類型為軸對稱收斂--擴(kuò)張、帶外調(diào)節(jié)片的超音速全狀態(tài)可調(diào)型尾噴口，其調(diào)節(jié)器為液壓機(jī)械式，其調(diào)節(jié)規(guī)律主要應(yīng)用于渦扇型發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)流、最大和加力狀態(tài)調(diào)節(jié)尾噴口的噴口臨界截面積，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣總溫、油門桿位置及渦輪落壓比動(dòng)態(tài)給定噴口臨界截面積，從而保障發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)推力及最小穩(wěn)定欲度。

【關(guān)鍵詞】 尾噴口 落壓比 噴口臨界截面積

1 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)的可調(diào)尾噴口可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體工作狀態(tài)及自動(dòng)調(diào)節(jié)器的離散指令調(diào)節(jié)尾噴口的噴口臨界截面積，從而保障發(fā)動(dòng)機(jī)的推力損失達(dá)到最小的狀態(tài)。據(jù)估計(jì)，當(dāng)速度Ma<3時(shí)，收斂性尾噴口的推力損失為10%，當(dāng)Ma=3時(shí)，推力損失達(dá)到50%，為此，當(dāng)速度Ma>3時(shí)，為了保證加力燃燒室燃?xì)饽軌虺浞峙蛎?，以減小推力損失，不論有無加力燃燒室，發(fā)動(dòng)機(jī)都應(yīng)采用收斂擴(kuò)散型的可調(diào)節(jié)超音速尾噴口。本文主要討論收斂--擴(kuò)散型尾噴口根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子N2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、油門桿指令以及自動(dòng)調(diào)節(jié)器給定離散指令的調(diào)節(jié)規(guī)律，以便于相關(guān)技術(shù)人員了解某型發(fā)動(dòng)機(jī)收斂--擴(kuò)散型尾噴口調(diào)節(jié)原理，進(jìn)行理論分析，對外場的排故工作也有著重要的指導(dǎo)意義。

2 收斂--擴(kuò)散型尾噴口噴口臨界截面積調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述

噴口臨界截面積調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用在于根據(jù)油門桿指令α和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度T1以及發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)器的離散指令，來調(diào)節(jié)噴口臨界截面的面積。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)收斂--擴(kuò)散尾噴口的組成

（1）尾噴口構(gòu)造及組成：某型發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口的收斂段固定且不可調(diào)節(jié)，擴(kuò)散段靠多塊調(diào)節(jié)片調(diào)節(jié)，噴口的喉部和出口面積隨燃?xì)馀蛎洷鹊淖兓糯蠡蚩s小，全狀態(tài)可調(diào)，這樣可以使燃?xì)庠诩恿θ紵覂?nèi)完全膨脹，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室的穩(wěn)定燃燒。噴口結(jié)構(gòu)主要由亞音速噴管、超音速部件、噴口出口截面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及帶彈簧片的外調(diào)節(jié)片等組成；調(diào)節(jié)片的協(xié)調(diào)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由液壓作動(dòng)筒及相關(guān)連桿機(jī)構(gòu)組成；超音速調(diào)節(jié)片協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)由搖臂及相關(guān)連桿和外部密封調(diào)節(jié)片組成。其功用是根據(jù)外界條件和工作狀態(tài)的變化，使噴口處于最佳工作狀態(tài)，帶彈性片的外調(diào)節(jié)片可以保證機(jī)身和噴管平滑的過渡，降低阻力。

（2）噴口臨界截面積調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成：噴口臨界截面積調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由柱塞泵、柱塞泵控制附件、液壓延遲器、溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換器、噴口調(diào)節(jié)器程序機(jī)構(gòu)、落壓比調(diào)節(jié)器、落壓比調(diào)節(jié)器重調(diào)活門、節(jié)流狀態(tài)噴口控制活門、噴口重調(diào)機(jī)構(gòu)、著陸關(guān)小噴口電磁活門等。

其中，柱塞泵及柱塞泵控制附件作用是根據(jù)噴口作動(dòng)筒低壓腔壓力的大小，調(diào)節(jié)柱塞泵后的出口壓力，是噴口動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)力；液壓延遲器用來在加力狀態(tài)，將油門桿的位置變化為噴口加力調(diào)節(jié)器及加力燃油調(diào)節(jié)器的控制指令；溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換器用于將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度T1的線性油壓轉(zhuǎn)變成噴口臨界截面積修正的位移量和加力供油比的修正；噴口調(diào)節(jié)器程序機(jī)構(gòu)用于根據(jù)給定的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度T1和油門桿角度控制噴口臨界截面積；落壓比調(diào)節(jié)器用于在發(fā)動(dòng)機(jī)處于最大和加力狀態(tài)保持給定的落壓比πt不變；落壓比調(diào)節(jié)器重調(diào)活門是在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入加力狀態(tài)點(diǎn)火時(shí)，根據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)器的指令，使噴口臨界截面積進(jìn)一步預(yù)放；節(jié)流狀態(tài)噴口控制活門作用是根據(jù)高壓轉(zhuǎn)子換算轉(zhuǎn)速，關(guān)小或打開噴口臨界截面；噴口臨界截面積重調(diào)機(jī)構(gòu)的作用是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)放和消除喘振系統(tǒng)投入工作時(shí)，根據(jù)油壓指令進(jìn)一步打開噴口，消除喘振；著陸關(guān)小電磁活門，根據(jù)離散指令，為保持一定的推力，防止著陸迎角過大，造成噴口觸地，進(jìn)行關(guān)小噴口動(dòng)作。

4 收斂--擴(kuò)散型尾噴口噴口臨界截面積調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)計(jì)劃及規(guī)律

噴口臨界截面積控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由兩個(gè)控制調(diào)節(jié)器組成，即噴口臨界截面積調(diào)節(jié)器（為程序式的開環(huán)控制系統(tǒng)）和落壓比調(diào)節(jié)器（為閉環(huán)控制系統(tǒng)），由此，發(fā)動(dòng)機(jī)噴口分為由下幾個(gè)階段調(diào)節(jié)：

當(dāng)推油門桿加速時(shí)：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)直至高壓轉(zhuǎn)子換算轉(zhuǎn)速小于（803）%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際落壓比小于落壓比調(diào)節(jié)器給定設(shè)置的落壓比時(shí)，節(jié)流狀態(tài)噴口控制活門中的分油活門處于右極限，關(guān)閉定壓油通往落壓比調(diào)節(jié)器關(guān)閉機(jī)構(gòu)的油路，此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)噴口為大噴口，目的是便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功和保證加速性。

（2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于（803）%且油門桿角度小于62+3度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不增大，節(jié)流狀態(tài)噴口控制活門中的分油柱塞和不斷線性增大，當(dāng)達(dá)到（803）%時(shí)，分油柱塞左移，最終使分油活門下移，從而關(guān)小噴口。

（3）當(dāng)油門桿推至超過62+3度至最大狀態(tài)，一方面發(fā)動(dòng)機(jī)噴口繼續(xù)保持在最小噴口狀態(tài)，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的推力；另一方面油門桿角度達(dá)到62度時(shí)，液壓延遲器參與工作，節(jié)流狀態(tài)噴口控制活門退出工作，噴口改為噴口加力調(diào)節(jié)器根據(jù)油門桿指令控制。當(dāng)繼續(xù)推油門直至最大狀態(tài)時(shí)，落壓比調(diào)節(jié)器開始投入工作，保持發(fā)動(dòng)機(jī)給定的落壓比不變。

（4）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)由最大狀態(tài)接通加力時(shí)，此時(shí)為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室的點(diǎn)火成功，自動(dòng)調(diào)節(jié)器向最小加力電磁活門發(fā)出離散指令，噴口加力調(diào)節(jié)器按最小加力狀態(tài)調(diào)節(jié)噴口臨界截面積。同時(shí)，定壓活門來油至落壓比調(diào)節(jié)器膜盒腔，使其上腔壓力減小，落壓比小于給定落壓比，噴口進(jìn)行預(yù)放動(dòng)作，保證加力點(diǎn)火的成功。繼續(xù)推油門桿至全加力時(shí)，噴口臨界截面積根據(jù)油門桿指令和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度T1的指令的不斷增大，落壓比調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)噴口臨界截面積保證落壓比始終不變。

當(dāng)收油門桿時(shí)：

噴口臨界截面積調(diào)節(jié)計(jì)劃不變，基本為相反過程，這里不在贅述，需要說明的是，為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)噴口在收放轉(zhuǎn)速附近反復(fù)協(xié)動(dòng)，將放噴口轉(zhuǎn)速設(shè)定為n2np≥74%，以避開加速時(shí)收噴口轉(zhuǎn)速。

著陸時(shí)噴口臨界截面積的調(diào)節(jié)：

著陸時(shí)，為了保證大迎角所需的推力及防止噴口觸地，當(dāng)同時(shí)滿足：起落架放下，速度大于220km/h，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2≤91.5時(shí)，起落架8G開關(guān)接通，中央大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)1FXA/27給出正電，自動(dòng)啟動(dòng)裝置K23接通，自動(dòng)調(diào)節(jié)器216KXA/15斷電，自動(dòng)啟動(dòng)裝置K5保持常閉，輸出正電至著陸關(guān)小電磁活門，并使活門打開，定壓活門來油通往落壓比調(diào)節(jié)器關(guān)斷活塞的右邊，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)小噴口。當(dāng)速度小于220km/h時(shí)，電氣指令撤銷，落壓比調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)噴口為大噴口。

5 結(jié)語

本文介紹了可調(diào)尾噴口的調(diào)節(jié)原理及調(diào)節(jié)計(jì)劃，對外場及廠內(nèi)試車工程技術(shù)人員有重要的指導(dǎo)意義，也可以應(yīng)用于外場排故。由于知識(shí)水平有限，難免有疏漏，還請批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

[1]《航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理》.西北工業(yè)大學(xué)，2005.

[2]《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》.西北工業(yè)大學(xué)，2006.endprint