航空活塞發(fā)動機點火強度均衡性測試及防火研究

鄧志奇 周克家 朱兵

摘要：發(fā)動機失去動力并引起飛行事故的原因很多，其中磁電機故障和點火嘴故障，較為常見的兩種。在飛機火災(zāi)中高壓導(dǎo)線破損放電，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)起火等都會引起火災(zāi)。通過利用紫外線探測技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計了航空活塞發(fā)動機點火強度均衡性測試系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以完成航空活塞發(fā)動機點火系統(tǒng)安全隱患的檢測。以四缸活塞發(fā)動機作為測試對象，通過正常點火高壓導(dǎo)線破損，點火電嘴積炭等三種點火系統(tǒng)做測試，通過測試發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下個汽缸點火花紫外線輻射強度。

關(guān)鍵詞：航空活塞發(fā)動機;點火強度;點火能量;紫外輻射;高壓漏電

引言：在我國軍事領(lǐng)域，航空的重要性是不言而喻的，因此，怎樣減少我國航空發(fā)動機的故障率，增強我國航空維修技術(shù)，是保證我國軍事力量強大的重要一環(huán)，紅活塞發(fā)動機容易發(fā)生點火嘴間隙改變、點火嘴掛油積碳、高壓導(dǎo)線磨損開裂、高壓導(dǎo)線絕緣層老化破損等故障，這些故障都是由于在點火時，強度不均，引起航空活塞發(fā)震動，轉(zhuǎn)速改變、燃氣混合氣在氣缸內(nèi)燃燒不完全，殘余氣體進入排氣管復(fù)燃而導(dǎo)致"放炮"現(xiàn)象、機械的高壓導(dǎo)線在長期的高壓環(huán)境下使用會導(dǎo)致高壓導(dǎo)線正負線之間，高壓導(dǎo)線正極積殼間產(chǎn)生微弱的電火花，輕則能夠減弱航空發(fā)動機的點火強度，嚴重的可以引燃航空活塞發(fā)動機，帶來嚴重的安全隱患。本文通過對航空活塞發(fā)動機各缸點火嘴點火強度均衡性的測試，通過紫外線探測技術(shù)，虛擬機技術(shù)來探測點火強度的均衡性，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)來判斷高壓導(dǎo)線破損放電形成的電氣火災(zāi)隱患，通過詳細闡述可以減少因航空活動機故障帶來的損失。

一、點火系統(tǒng)構(gòu)成及常見故障

1.在航空發(fā)動機系統(tǒng)中，航空活塞發(fā)動機點火系統(tǒng)，占有重要地位，它主要由五部分構(gòu)成：磁電機、啟動開關(guān)、高壓導(dǎo)線、啟動振蕩器、點火電嘴這五部分構(gòu)成。航空活塞發(fā)動機點火時，點火是由航空活塞發(fā)動機帶動磁電機來驅(qū)動的。在磁電機高速運轉(zhuǎn)下，利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生二十千瓦的高壓電，并依次將二十千瓦的高壓電，通過高壓導(dǎo)線按照點火順序分別分配到各個汽缸點火嘴，是點火嘴產(chǎn)生正負極微間距，并擊穿空氣，產(chǎn)生高能電火花，進而引燃氣缸內(nèi)混合油氣，實現(xiàn)發(fā)動機內(nèi)活塞循環(huán)運動做工。當航空活塞發(fā)動機發(fā)動后，擰動啟動開關(guān)，把啟動電路電動，使振蕩器啟動，并使其在電瓶產(chǎn)生高壓電，點燃汽缸內(nèi)混合氣，帶動航空活塞發(fā)動機運動做功。發(fā)動機啟動完畢，依據(jù)定時器分配時序，個汽缸墊嘴持續(xù)輪換點火，推動活塞對螺旋槳持續(xù)做功。

2.航空活塞發(fā)動機點火系統(tǒng)中點火電嘴、高壓導(dǎo)線、啟動振蕩器、磁電機引起的故障常見點分析。

點火電嘴故障，在航空活塞發(fā)動機中點火電嘴故障會造成點火強度減弱甚至為零的故障現(xiàn)象。發(fā)動機內(nèi)高壓導(dǎo)線老化破損產(chǎn)生漏電故障，產(chǎn)生磁電機線圈中的高壓能量，高壓導(dǎo)線破損處放電使能量損失，直接降低電嘴點火強度。電動機內(nèi)啟動振蕩器故障，則會引起點火強度不夠或斷火故障現(xiàn)象。磁電機發(fā)生的常見故障可表現(xiàn)為磁電機高壓線圈晚上高壓時，高壓過低達不到標準強度，引起點火強度降低，需要提高電機轉(zhuǎn)速才能實現(xiàn)正常點火，進而引起發(fā)動機超額過載故障。綜上所述，航空活塞發(fā)動機點火系統(tǒng)故障，可以通過查看點火系統(tǒng)點火強度的變化來作為判斷故障的依據(jù)。

二、點火強度紫外線測試系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

1.系統(tǒng)地總體設(shè)計

傳統(tǒng)的點火強度測試方法，是通過測試點火電嘴間的電壓和經(jīng)過高壓導(dǎo)線的電流來計算點火強度。從理論上來說，這是一種間接的測試方法，他受點火電嘴積炭、積鉛、電嘴電極間間距改變等因素影響。在發(fā)動機內(nèi)因存在強電磁場干擾，使得電壓電流測試方法的結(jié)果變得不準確，穩(wěn)定性也差。但采用紫外線探測技術(shù)，通過紫外線對點火電火花發(fā)出的紫外線強度測試，來判斷點火強度，可以有效的減少強電磁場的干擾，同時也能避免測試結(jié)果受到點火電嘴積炭、積鉛等因素的干擾。夠真實可靠的反應(yīng)點火強度。

2.紫外線探測技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)成

測試系統(tǒng)主要組成部件：航空活塞發(fā)動機點火系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、主控機、紫外線探測模塊、伺服電機。紫外線探測模塊對航空活塞發(fā)動機各氣缸點火強度行實時測試，并通過脈沖信號傳輸。數(shù)據(jù)采集模塊是根據(jù)主機命令手機探測目模塊反饋的脈沖信號，并把它傳輸給主控機。主控機根據(jù)返回的數(shù)據(jù)，進行分析處理，并通過虛擬儀器完成測試結(jié)果的顯示。伺服電機適用于驅(qū)動點火系統(tǒng)磁電機。

3.紫外線模塊設(shè)計

航空活塞發(fā)動機通常被分為四氣缸，六氣缸，八氣缸等型號，在每一個氣缸內(nèi)，都有兩個點火嘴。本文以四氣缸作為測試對象，使用四通道紫外線探測模塊，每個通道紫外線測試模塊，都有直流電源、紫外光敏管、升壓模塊、探頭窗口、信息處理電路組成。加模塊能夠為紫外線，光敏管提供適當?shù)墓ぷ麟妷?。探頭窗口是對紫外光敏管的保護及會聚紫外光的作用。你好，處理電路是，過濾電子噪音，和信號轉(zhuǎn)換處理裝置。紫外線光敏管通過選用光電子量產(chǎn)額高的紫外線波段，能夠提高探測的靈敏度。

4.據(jù)采集模塊設(shè)計

數(shù)據(jù)采集模塊是由采集卡，主控機和伺服電機三部分構(gòu)成。采用LabWINDOWS虛擬控制顯示，可以直觀的顯示結(jié)果。專業(yè)公司生產(chǎn)的采集卡，通過使用USB 2.0數(shù)據(jù)通信接口，是傳輸速率可達480Mbit/s。數(shù)據(jù)采集卡把采集，點火嘴紫外線強度測試的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控機，數(shù)控機得到數(shù)據(jù)通過虛擬儀器分析處理采集的數(shù)據(jù)，將分析后的結(jié)果傳輸?shù)斤@示器上，本測試系統(tǒng)設(shè)計了自檢程序自檢測試通過后，相應(yīng)的指示燈會點亮，儀器自檢過后才能進行點火系統(tǒng)點火強度測試。

三、火均衡性測試結(jié)果及防火分析

1.不同性能點火系統(tǒng)點火強度測試

采用三種不同性能的四氣缸航空活塞發(fā)動機作為測試對象。分三種情況進行測試，第一種為正常點火系統(tǒng)：第二種為高壓導(dǎo)線破損放電點火系統(tǒng)：第三種為點火電嘴積碳的點火系統(tǒng)。這種將點火電嘴間隙調(diào)整為統(tǒng)一數(shù)值，但三種情況需要在不同的轉(zhuǎn)速下測試，從而將測試的點火強度值，以及點火系統(tǒng)紫外線輻射能量進行對比，經(jīng)過比對，可以了解，當轉(zhuǎn)速較低時，高壓導(dǎo)線破損放電系統(tǒng)點火強度正常，加大轉(zhuǎn)速之后點火強度低于正常值，損失能量與轉(zhuǎn)速成正比。因此，這個特性可以作為檢測航空活塞發(fā)動機點火系統(tǒng)，高壓導(dǎo)線破損漏電的標志。測試點火電嘴積碳點火系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，與正常情況相比，探情況的紫外線輻射值大，并隨著轉(zhuǎn)速的增高而增高，積碳的作用導(dǎo)致點火放電電流通過機碳會被衰減，琦殿嘴在不同轉(zhuǎn)速下點火強度均小于正常點火強度，由此可作為與高壓導(dǎo)線漏電現(xiàn)象的區(qū)分。

2.點火系統(tǒng)強度均衡性測試

選取四個測試對象，其中一個為點火嘴正常，第三個均有以上文所說的故障，通過測試可以得出，當轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值時，不同測試點均會產(chǎn)生故障現(xiàn)象，這些都是通過肉眼難以檢測的，但通過儀器都可以明確地顯示出來。

結(jié)束語：

通過紫外線探測和虛擬技術(shù)，實現(xiàn)了對航空活塞發(fā)動機點火強度的測試，通過測試點，點火放電，紫外線輻射能量的分析，有效的體現(xiàn)了航空活塞發(fā)動機點火強度。并通過虛擬儀器儀表顯示火花強度的變化，使操作人員能夠通過顯示器目視到火花點的強弱程度，準確的判斷故障點，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，能夠為航空活塞發(fā)動機點火系統(tǒng)的性能測試、故障檢測、火災(zāi)隱患排查提供一種可靠的技術(shù)手段與檢測依據(jù)。

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