某型发动机占空比参数异常分析

王晓彬+李恒

【摘 要】 本文介绍了某型发动机低压压气机进口导流叶片转角调节系统工作原理，对某些发动机占空比参数不符合规定进行分析并找出异常原因。

【关键词】 低压压气机进口导流叶片转角 占空比 调节系统

占空比是某型发动机一个重要的调节中介参数，其正常工作时应在规定范围内保持稳定，在实际使用中，经常出现占空比很小甚至接近于0%的异常现象。该现象严重影响了发动机正常性能的发挥，影响发动机应用。

1 某型发动机低压转角调节系统工作原理

某型发动机低压压气机进口导流叶片转角调节系统是根据发动机高、低压转子换算转速调节低压转角大小，保证低压压气机一定的稳定裕度以及发动机所需的空气流量。

低压转角调节系统分为主调节系统和备用调节系统。发动机正常工作时自动调节器和液压机械调节器根据低压换算转速进行调节；当发动机主调节系统发生故障由液压机械调节器根据高压换算转速进行调节。

1.1 主调节系统

主调节系统由低压转速测量器，进气温度测量器，角度测量器，低压转角调节程序形成器、电磁活门、带衬筒活塞、分油活门等组成。

低压转角调节程序形成器：在形成器内部的设定程序按照低压换算转速计算得到相应给定角位移信号，并且由方程式计算可以得到偏差信号。

电磁活门：电磁活门根据载有占空比的宽脉冲信号控制带衬筒活塞右腔的油压。当占空比增大时，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的油压减小；反之，活塞右腔油压增大。占空比与低压转角增量按照预定的程序进行控制。

发动机处于某个稳定状态：自动调节器发出规定的脉冲信号，占空比系数在规定范围内工作，电磁活门开度保持平衡，带衬筒活塞处于中立位置，分油活门盖住低压作动筒左右腔的油路，低压作动筒活塞杆长度保持一定，低压转子转角与发动机工作转速相适应。

推动油门杆到达某个转速并保持转速稳定过程：在加速调节器控制下高压转速逐渐增大，由于高压转子转动惯性较小，随着高压转速增大，通过高压换算转速指令形成装置和杠杆作用，使低压转角液压机械调节器的分油活门左移，打开作动筒左腔回油路和右腔供油路，作动筒活塞杆左移，低压转角开始转大。

与此同时，低压转速、进气温度和低压转角信号进入到转角调节程序形成器，在低压转角调节程序形成器中计算得到的偏差信号输入校正电路时进行动态品质校正，然后再送到宽脉冲调制器输入端，宽脉冲调制器将偏差信号制成小于额定占空系数的宽脉冲信号，再经过功率放大器输入到执行电磁活门中，此时如果“导向器故障”指令形成器未检测到通道故障信号，则开关电路导通，电磁活门正常工作回油开度减小，带衬筒活塞右腔油压增大，使带衬筒活塞左移，分油活门相对于带衬筒活塞的开度逐渐减小，低压转角增加速度减缓。

由于低压转角增大，低压转角液压机械调节器上反馈凸轮开始转动，使分油活门开始向中立位置右移。由于低压转子转动惯性较大，此时低压转速才上升到与高压转速相适应的值，计算得到偏差信号开始减小，占空比也开始增大，电磁活门回油时间比例增大，带衬筒活塞也开始朝中立位置右移，在带衬筒活塞还处在中立位置左边时，分油活门已经右移追赶上带衬筒活塞，并盖住带衬筒活塞通往低压作动筒左右腔的油路。

随着高压转速逐渐稳定，低压换算转速继续增大，偏差信号减小，占空比逐渐增大，电磁活门回油时间比例进一步增大，带衬筒活塞继续右移，低压作动筒活塞右腔供油路和左腔回油路重新沟通，低压作动筒活塞左移，进口导流叶片转角继续增大。并且同时，通过反馈凸轮，使分油活门也继续右移追赶带衬筒活塞。当带衬筒活塞运动到原中立位置时，偏差信号减小到0，占空比等于额定值，分油活门在反馈凸轮的作用下，重新又盖住衬筒上的油路，调节过程结束，低压转角与发动机新的状态相对应。

1.2 备用调节系统

低压转角备用调节系统是根据高压换算转速调节低压转角大小，并保证发动机在所有状态都能稳定地工作。当电子—机械调节系统故障时，带衬筒活塞处于其运动范围内某一位置。

2 某型发动机占空比参数异常故分析

2.1 根据调节系统进行分析

在低压转速不大于起调点，低压转角主调节系统没有投入工作，占空比=0%，电磁活门完全关闭，带衬筒活塞位于左极限位置。

推动油门杆发动机加速过程发动机气动原理分析：高压压气机进口可调静子导流叶片发生卡滞，进入高压转子空气量较减少，高压转子负载较轻，高压转子达到与油门杆相对应的转速需求功增加量减少，主泵高压转速控制器控制燃烧室需要的供油增加量减少，高压涡轮前的温度增加量降低，确保了高压转子转速增加量以及燃烧室油气比合适，这样低压涡轮剩余功较增加量减少，直接导致低压转子转速爬升较慢。

推动油门杆发动机加速过程控制规律分析：由于高压转速上升过快，低压转角变大；低压转速上升较慢，自动调节器计算出偏差较大，占空比=0%，电磁活门完全关闭，带衬筒活塞靠近左极限位置。由于高压转角卡滞的存在，高压转速和低压转速差值较大，计算得到的偏差值也很大，因此占空比一直接近0%，电磁活门几乎完全关闭，带衬筒活塞靠近左极限位置。

高压转速稳定一段时间，高压转角由卡滞到逐渐变大，高压压气机负载增加，燃烧室供油量增大，涡轮前温度增大，低压涡轮剩余功增多，低压转速上升，偏差值减小，占空比变大。到低压转速上升并趋于稳态，占空比也逐渐稳定，电磁活门回油时间比例增大，带衬筒活塞右移盖住分油活门，系统保持平衡。

2.2 根据低压转角和低压换算转速、高压换算转速关系分析

根据低压转角和低压换算转速、高压换算转速关系，高压转角卡滞引起高、低压转子转速差值变大，导致低压转角备用液压调节计划曲线向左侧移动，与主控制调节计划部分重叠甚至超出。备用机械液压调节实际上占据低压转角调节的控制权。

自动调节器在逻辑需要调节低压角度减小符合主控制规律，控制占空比数值很小甚至接近于0%。

参考文献：

[1]邓明.航空燃气涡轮发动机原理与构造.国防工业出版社，2012.

[2]王琴芳.航空燃气涡轮发动机原理.南京航空航天大学出版，2002.

[3]樊尚春，吕俊芳，张庆荣，闫蓓.航空测试系统.北京航空航天大学出版社，2005年.endprint