航空发动机导流叶片角度调节参数变化故障分析

范世新，黄猛，郑明

航空发动机导流叶片角度调节参数变化故障分析

范世新1，黄猛2，郑明1

(1.沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司，辽宁沈阳110043；2.中国人民解放军驻黎明公司军代表室，辽宁沈阳110043)

某型发动机低压压气机进口导流叶片角度α1，其电子调节部分执行机构电磁活门的占空比(Sα)，在整个调节过程中是起关键作用的重要参数，但在台架试车过程中曾多台次出现在不同次检查时Sα数值变化的故障。通过对α1主调节系统工作原理的深入分析，确定试车中Sα变化故障是由于燃油调节机构掺混入空气所致，并得到试车验证。本研究对发动机试车中类似故障的排除具有重要的参考意义。

航空发动机；进口导流叶片角度；调节系统；占空比；带衬筒活塞

1 引言

某发动机为保证低压压气机一定的喘振裕度和空气流量，对低压压气机进口导流叶片角度α1进行了调节[1，2]。α1的主调节系统是电子-液压机械调节系统，在发动机正常工作时，根据发动机低压转子换算转速n1np的变化，主要由综合调节器α1调节通道调节；当综合调节器α1调节通道故障时，系统自动切换到根据发动机高压转子换算转速n2np，由液压机械调节器调节[3]。

α1电子调节部分执行机构的电磁活门，根据综合调节器α1调节通道发出的载有占空比(Sα)的电脉冲信号进行开、关，进而控制带调节衬筒活塞右腔的油压。占空比定义为：电磁活门输入周期为T的电脉冲信号，一个周期的电脉冲信号使电磁活门开、关一次，处于打开状态的时间为T1，将T1/T称为占空比。其中，在整个调节过程中，Sα是直接决定着调节品质好坏的重要参数。

在发动机检验试车规范中，有专门的试车程序要求对Sα进行检查，即将发动机过渡到n1np=90%状态，测量此时的Sα为50%±4%。如果Sα不符合技术条件，则在停车后调整占空比调整节流器，使Sα符合技术条件要求。增大占空比调整节流器的流量则Sα增大，减小占空比调整节流器的流量则Sα减小[4]。

但在该发动机实际试车过程中，曾多台次出现Sα数值变化故障。具体为：当按技术条件检查Sα时数值偏小，在更换流量稍大的占空比调整节流器后，开车首次检查Sα数值合格，但当发动机运转一定时间后再次检查，Sα数值则发生变化，且大于规定值。

2 α1电子-液压机械调节系统

2.1系统组成

α1电子-液压机械调节系统(图1)，主要由综合调节器α1调节通道(电子调节器)、α1液压机械调节器和α1导流叶片等组成。综合调节器α1调节通道，由信号生成器、α1程序生成器、校正装置、脉宽调制器、电子部分的执行机构(α1电磁活门)等组成。α1液压机械调节器，主要由带调节衬筒活塞、占空比调整节流器、分油活门、作动筒、杠杆、反馈凸轮等组成。

图1 低压压气机进口导流叶片调节系统Fig.1 Low-pressure compressor IGV control system

2.2系统工作原理

2.2.1综合调节器α1调节通道工作原理

信号生成器有n1np信号生成器和α1信号生成器。n1np信号生成器将综合调节器n1通道输入的正比于n1(n1为低压压气机转子物理转速)和t1(t1为发动机进口温度)的电压信号，生成正比于n1np的电压信号并送至α1程序生成器。α1信号生成器将位移传感器测量的实际α1信号，转换成正比于α1的电压信号后输送到程序生成器[5]。

α1程序生成器根据n1np值形成所需的α1调节程序值信号，并对比α1信号生成器生成的α1信号值，形成失调信号Δα1，经校正装置后输入到脉宽调制器。脉宽调制器再将失调信号调制成Sα的电脉冲信号。

Sα信号经功率放大器放大后输给执行机构——α1电磁活门，实施对α1的调节。将α1调到与n1np相符的角度上，失调信号消失。失调信号为零时Sα=50% (理想状态)，失调信号为负时Sα＜50%，失调信号为正时Sα＞50%。Sα与Δα1间的关系如图2所示。

图2 Sα与Δα1间的关系Fig.2 Variation ofSαwithΔα1

2.2.2α1电子-液压机械调节系统的工作过程

发动机处于稳定工作状态时，电子部分的Sα= 50%，衬筒处于中立位置，分油活门盖住作动筒左右腔油路，作动筒活塞位置一定，α1与发动机工作状态相适应。

当推油门时，发动机在加速调节器的控制下转速不断增大。由于高压转子的转动惯性较小，随着转速的增大，通过主泵调节器n2np转速指令形成装置和杠杆的作用，使α1液压机械调节器的分油活门左移，打开作动筒活塞左腔的回油路和右腔的来油路，使作动筒活塞开始左移，α1朝增大发动机空气流量方向转动。与此同时，综合调节器α1调节通道形成α1偏差信号(失调信号)Δα1，作用到校正装置上进行系统动态品质校正，再经脉宽调制器调制成Sα＜50%的宽脉冲信号作用到α1电磁活门上，电磁活门的回油开度减小，带衬筒活塞右腔油压增大使活塞左移，分油活门相对于衬筒的开度减小，保证调节系统先快后慢的动态特性。

随着作动筒活塞的左移，α1不断增大，通过α1液压机械调节器反馈凸轮的转动，使分油活门开始向中立位置右移。同理，由于Δα1开始增大，Sα也开始增大，电磁活门开度开始开大，带衬筒活塞也开始朝中立位置右移。在衬筒还处在中立位置左边时，分油活门已追赶上衬筒，并盖住衬筒通往作动筒活塞左右腔的油路。

随着发动机转速的增大，α1增大，Δα1增大，Sα逐渐增大，电磁活门进一步开大，回油量增多，带衬筒活塞右移，作动筒活塞右腔来油路和左腔回油路重新沟通。当衬筒运动到原中立位置时，Δα1增大到等于零，Sα=50%，分油活门在反馈凸轮作用下重新盖住衬筒上的油路，调节过程结束，α1与发动机新的状态相对应。

3 Sα变化故障机理分析

通过上述分析可知，Sα的大小与Δα1直接有关，而Δα1由α1程序生成器形成的α1调节程序值信号和α1信号生成器测量的实际α1信号的差值决定。Sα变大，实际上是Δα1变大。Δα1变大，一方面可能是由于α1程序生成器形成的α1调节程序值信号变大引起，另一方面可能是实际的α1变小所致。如果综合调节器输入的低压转子转速信号和发动机进口温度信号正常，那么Sα变大只能是实际的α1变小所致。

Sα变大，则电磁活门打开的时间增长，回油量增多，带调节衬筒活塞右腔油压减小，活塞右移回到原中立位置，增大了作动筒活塞左腔回油路和右腔来油路，迫使作动筒活塞左移，使α1增大。因此，α1减小实际上是由于带衬筒活塞右腔油压变大所致。

由于Sα变化故障，是在更换流量稍大的占空比调整节流器后发动机运转一定时间出现的。由此可见，活塞右腔油压是在更换占空比调整节流器后发动机运转一定时间变大的。考虑到整个过程中唯一的人为因素，是更换了占空比调整节流器，那么导致活塞右腔油压变大的最大可能，是在更换占空比调整节流器时主泵调节器带衬筒活塞右腔掺混入了空气。在发动机运转时间较短时，带衬筒活塞右腔由于掺混了空气而油压较低，造成调节的假象。而在发动机运转一定时间后，带衬筒活塞右腔的空气逐渐排尽，油压最终变大。因此，Sα变大故障最可能的原因，是更换占空比调整节流器时带衬筒活塞右腔掺混入了空气。

4 试车验证

为验证前文分析给出的Sα变大故障原因，利用一台曾出现过Sα变大故障的发动机进行验证试车。结果表明，当主泵调节器占空比调整节流器拆下后，再重新安装造成带衬筒活塞右腔有气体时，Sα值偏小；反复开车几次，随着气体逐渐排净，Sα值增大到合格范围。验证试车结果证实了分析的正确性。

5 结束语

本文通过深入分析α1电子-液压机械调节系统工作原理，确定试车中占空比变化故障，是由于更换占空比调整节流器时，带衬筒活塞右腔掺混入空气引起，并通过验证试车得到验证。本研究对于发动机试车过程中类似故障的排除具有重要的指导意义。

[1]姜伟，赵士杭，庞为，等.燃气轮机原理、结构与应用[M].西安：空军工程学院，1998.

[2]廉筱纯，吴虎.航空发动机原理[M].西安：西北工业大学出版社，2005.

[3]谢寿生.加力涡扇发动机[M].西安：空军工程学院，1998.

[4]周宗才，谢寿生.发动机的性能调整与排故手册[M].西安：空军工程学院，1996.

[5]周宗才.飞机推进系统控制[M].西安：空军工程学院，1997.

Failure Analysis on Adjustable Parameter Deviation of Aero-Engine′s Compressor Inlet Guide Vane Angle

FAN Shi-xin1，HUANG Meng2，ZHENG Ming1
(1.Shenyang Liming Aero-engine Group Corporation Ltd.，AVIC，Shenyang 110043，China；2.Air Force Representative in Liming，Shenyang 110043，China)

Sα,the open time ratio signal from electronic control unit for the electro-magnetic valve,of the angleα1actuator of an engine′s low-pressure compressor IGV,is an important parameter during the whole adjusting work.During engine bed tests,Sαvalue deviation failures appeared several times among repeating checks.Based on the analysis of working principle ofα1angle control system and verification by engine tests,it was ascertained that the open time ratioSαparameter deviation failure was caused by the mixing of air into fuel control system.This research is referential to clear the similar failures in engine testing.

aero-engine；IGV’s angle；control system；open time ratio；sleeve-piston

V263.6；V233.7

A

1672-2620(2013)04-0048-03

2013-03-25；

2013-07-24

范世新(1972-)，男，辽宁海城人，高级工程师，硕士，主要从事航空发动机地面试车和整机振动测试分析工作。