可调喷口试验器的设计与应用

李树举，黄 锰，张积瑜

（1.中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，辽宁 沈阳 110168；2.中航工业沈阳黎明航空发动机 (集团)有限责任公司军代表室，辽宁 沈阳 110043；3.中航工业沈阳黎明航空发动机 (集团)有限责任公司机匣加工厂，辽宁 沈阳 110043）

一、引言

组装后的发动机对可调喷口进行作动筒移动的同步性和协调性试验、液压系统的密封性试验，以及调整状态操纵器角度与喷口直径的对应关系试验至关重要，发动机可调喷口试验器正是为满足上述各项试验要求而设计。

二、可调喷口试验器的工艺特点及技术要求

1.工艺特点

使用本试验器时，由操纵盒、可变电阻传感器及可变电阻器组成的状态操纵器与可调喷口配套调整，并成套地组装在同一台发动机上，以保证发动机试车时“最大状态”、“最小加力状态”至“全加力状态”的调整。

2.技术要求

(1)基本技术参数。

①工作介质：航空液压油Y H-1 0。

②工作压力：1 7.5～2 0.5 M P a。

③密封试验压力：2 5±1 M P a。

④温度：5～3 5℃。

(2)工艺要求。

①喷口的状态转换能自动记时。

②作动筒的同步性和协调性调整通过调节节流嘴获得。

③满足操纵杆旋转角与喷口直径的对应关系

④操作杆处在不同的角度时，相应的指示灯应亮。

⑤在2 5±1 M P a压力下做密封试验，所有管接头处不能漏油。

三、系统设计

本试验器主要由操纵台、液压系统、气动系统及电气系统几大部分构成。各显示仪表、操作手柄及电气按钮等都安装在操纵台上，气动系统是为喷口直径测具配备。液压系统是试验器的核心，下面重点探讨。

1.液压系统构成

为了满足上述工艺要求，在设计该试验器的液压系统时应模仿飞机上的液压系统，但飞机上的液压系统对作动筒的控制工作压力为1 7.5～2 0.5 M P a，而本试验器除了对作动筒的操纵外，还要对可调喷口液压系统做密封性试验，密封试验的压力为2 5±1 M P a，因此解决系统工作压力与密封试验压力之间的矛盾是本试验器设计的核心问题。

(1)执行元件，即本试验器的被试件作动筒。在该发动机可调喷口上有三个作动筒，其中一个作动筒上带有反馈传感器，以测量作动筒的移动位置。每个作动筒的进出口均装有同步活门。

(2)方向控制回路，选用发动机液压系统中三位四通电磁活门控制作动筒活塞的进退。

(3)密封试验回路，为了达到密封试验的目的，有两种方案可供选择，其一，直接选用大于2 5 M P a的液压泵作密封性试验。为了达到1 7.5~2 0.5 M P a的工作压力，作动筒的操纵回路采用减压阀减压。其二，选用能满足工作压力1 7.5~2 0.5 M P a的液压泵直接驱动作动筒。做密封试验采用增压的办法。前一种方案造价较高，同时溢流阀在高压下工作时发热较大，故不选用。本试验器选择第二种方案。

2.液压系统设计

考虑到在密封性试验时液压操纵系统的液压元件不被破坏，用三通阀将液压操纵系统与增压系统隔离。增压器的运动用二位四通电磁阀控制。另外，在需要测压的地方加上压力表。综合考虑上述各因素后构成了如图1所示的液压原理图。

3.试验器设计

本试验器的工作原理：首先启动液压泵给系统供油，此液压泵为压力补偿变量泵。在泵的出口处装有蓄能器，作为辅助动力源，可充分利用设备的功率，降低电功率消耗，从而降低了设备的运行费用。在泵的入口及出口均装有过滤器。系统的压力由溢流阀1 6调定，其工作压力由压力表1 7显示，调定工作压力为2 0.5 M P a。电磁活门的作用是通过控制电桥的平衡来控制电磁活门换向，从而准确地控制作动筒的位置。三通阀8的作用是隔断液压操纵系统与密封试验系统，使其工作时互不干涉。电磁换向阀1 5控制增压器增压，以满足密封试验的要求。溢流阀1 3可准确调整密封试验压力。针形阀1 4密封试验后释放系统压力并使其回油箱。油箱上装有冷却水管，当油温超过2 5℃时进行冷却，确保液压系统油温在规定的范围内。

(1)液压泵的选择。

液压泵工作压力的确定：PP=P1+∑△P

式中：P1——液压执行元件的工作压力，即P1=1 7.5~2 0.5 MPa，取P1=2 0.5 MPa；

∑△P——泵到液压执行元件间的总管路损失，取∑△P=0.5 MPa。

则液压泵的最大工作压力PP=20.5+0.5=21MPa。

由于本系统采用蓄能器作辅助动力源，选择液压泵可不考虑系统的流量。再综合考虑系统的节能需求，故可选用压力补偿变量泵Z B 3 4—E，其最大工作压力Pmax=2 1.0 5 MPa，最大流量Qmax=0.2 5×1 0-3r/m i n。

(2)蓄能器的选择。

由于作动筒工况属于短时间快速运动，故可用蓄能器来补充供油，其有效工作容积为：

式中：A——液压缸有效作用面积，m2；

L——液压缸行程，m；

K——油液损失系数，一般取K=1.2；

Q——液压泵流量m3/s；

t——动作时间，s。

由于此液压泵在最大压力为Pmax=2 1.0 5 MPa时，其输出流量为0。故按QP=0作为蓄能器选用的依据。

蓄能器的容量计算：V0=[V3(P1/P0)1/n]/[1-(P1/P0)1/n]

式中：V0——所需蓄能器的容积，m3；

P0——充气压力，P a；

Vx——蓄能器的工作容积，m3；

P1——系统最低压力，P a；

P2——系统最高压力，P a；

n——指数，等温时取n=1，绝热时取n=1.4。

取P0=1 0×1 06P a

取n=1.4

查样本蓄能器选用N X Q-1 0，其容积L＝1 0×1 0-3m3，压力P=3 2 M P a。

(3)电动机功率的确定

查样本选用7.5 k W的电动机。

(4)元件及辅件的选择

据系统的工作压力和通过阀的实际流量选择各元器件。

四、效果

第一，本试验器液压系统设计合理，一次试车成功。第二，试件作动筒为短时间快速运动，故采用蓄能器作辅助动力源，降低了电功率的消耗和设备的运行费用。第三，本试验器已成功应用于某航空发动机可调喷口试验中。试验器采用的增压方式降低了设备的造价，节约了能源，可广泛应用于同类试验设备中。

[1]雷天觉.新编液压工程手册[M].

[2]液压元件产品样本[M].机械工业出版社.

[3]官忠范.液压传动系统[M].

[4]机械设计手册[M].化学工业出版社.