某型起动自动切油超温保护装置功能改进研究

李建英 李琼

(中航工业南方航空工业(集团)有限公司,湖南株洲 412002)

某型起动自动切油超温保护装置功能改进研究

李建英 李琼

(中航工业南方航空工业(集团)有限公司,湖南株洲 412002)

本文介绍了某涡桨发动机目前使用的起动自动切油超温保护装置的功能及使用过程中存在的问题,通过对功能的薄弱环节进行分析,提出功能改进需求及其方案,并将改进的装置随发动机进行了试车验证,验证了改进需求的可行性及有效性,得出改进后的装置在使用过程中能大大减小发动机非正常停车概率的结论。

起动自动切油 涡轮后温度 起动规律 超温保护 断偶/短偶

1 引言

某涡桨发动机用起动自动切油超温保护装置在发动机地面起动过程中，通过监控发动机转速n、涡轮后温度T*4(排气温度)和大气温度T0等参数，根据相应的起动规律，控制发动机燃油调节器切油电磁阀的动作，修正供油量，实现起动自动切油功能。同时，该装置设置了超温保护功能。超温保护功能采用双余度设计，即软件和硬件超温保护。

近年来，多次发生了地面起动过程中因起动自动切油超温保护装置接收到异常排气温度信号发出停车指令，导致发动机非正常停车故障。

为提高起动自动切油超温保护装置对发动机虚假排气温度信号的识别能力和抗干扰能力，避免再次出现因接收到异常排温信号发出停车指令，导致发动机非正常停车的故障，需对其功能进行完善改进。

2 起动自动切油超温保护装置主要功能简介

2.1 起动自动切油功能

在发动机地面起动过程中，通过监控发动机转速n、涡轮后温度T* 4及大气温度T0等，控制燃油调节器切油电磁阀的动作，完成自动切油的功能，使发动机在不超温的情况下成功起动。

2.2 起动超温保护功能

起动过程中，当涡轮后温度T*4超过设定值(640±10)℃时，输出停车信号给燃油调节器停车电磁阀，使发动机停车，实现超温保护功能。该功能采用双余度设计，即软件和硬件超温保护。在起动过程中出现超温时，一般由软件发出停车信号控制燃油调节器上的停车电磁阀，实现发动机保护停车。如果软件控制失效，则由硬件发出停车信号控制燃油调节器上的停车电磁阀，实现发动机超温保护停车。

2.3 分时控制功能

图1 改进前采集线路

一台起动自动切油超温保护装置分时控制一架飞机的四台发动机起动，飞机操作台设置电源开关，四台发动机均起动成功后，断开该电源开关。

3 薄弱环节分析及改进需求

3.1 薄弱环节分析

针对导致非正常停车的原因均为排气温度信号异常而非发动机真正超温，对起动自动切油超温保护装置的超温功能设置薄弱环节进行如下分析：

起动自动切油超温保护装置的超温保护功能中设置有软件和硬件保护停车功能，两者工作原理相同，即在发动机起动过程中，当排气温度单点超过设定值时发出停车信号。

另外，由于温度信号采集方式为有源采集，当排气温度测量线路出现短路或接触不良时，采集的温度信号会超过设定值，该装置也会发出停车信号。

由于一台起动自动切油超温保护装置分时控制四台发动机的起动，四台发动机起动成功后才关闭电源开关，软件停车功能在发动机起动成功后即退出控制，而硬件停车功能在电源开关接通期间均参与控制。正是由于硬件停车功能持续参与控制导致在发动机排气温度信号异常时即发出停车信号。

在保证起动自动切油超温保护装置的超温功能有效性的前提下提高容错性，需要针对软件保护停车功能和硬件保护停车功能进行改进，有效区分发动机真正超温和排气温度信号异常现象。

3.2 改进需求

3.2.1 发动机起动成功后,软、硬件均自动退出对该台发动机的控制

发动机起动成功并稳定在慢车状态时，发动机的排气温度稳定在230℃左右，不会出现超温情况。此时硬件超温保护功能如继续参与控制，则可能导致在发动机排温信号异常时硬件发出停车信号。因此，在发动机起动成功后起动自动切油超温保护装置的软/硬件

图2 改进后采集线路

············均退出控制可有效避免排气温度信号受外界干扰导致的发动机非正常停车故障，可提高其容错性。

3.2.2 取消硬件断偶保护功能,增加软件断偶/短偶告警功能

软件断偶/短偶告警功能是在发动机排气温度采集线路及传感器出现断路/短路时，起动自动切油超温保护装置的软件控制电路仅发出告警信号，发动机不自动停车。

因机上EICAS显示的与发动机有关的参数有多个，发动机排气温度仅是其中之一，发动机的工作状态可以通过其余参数进行综合判断是否需要停车，所以取消硬件断偶保护功能避免非正常停车是可行的。

3.2.3 完善排气温度超温停车判据

为提高起动自动切油超温保护装置的抗干扰能力，通过增加温度上升趋势判断，防止采集到虚假的温度信号导致发动机立即停车，以提高可靠性。

4 功能改进方案

4.1 发动机起动成功后,软、硬件均自动退出对该台发动机的控制

起动自动切油超温保护装置在控制任意一台发动机起动成功之后，控制软件通过硬件电路发出起动成功信号，将发出的起动成功信号，进行信号格式转换后，再切断硬件停车控制电路，使得硬件停车信号无法发出。

该方案的实施需对起动自动切油超温保护装置的硬件电路进行细微改动，对原电路参数的设置无影响，风险小，可实施性较强。

4.2 取消硬件断偶保护功能,增加软件断偶/短偶告警功能

因现有的有源采集方式不能避免在发动机排气温度线路接触不良或断路的情况下发出停车信号。对硬件电路进行改进，将改进前“采用有源+12V温度信号采集电路，未增加告警功能”改为“采用负电源(－8V)温度信号采集电路(改进前后采集线路见图1和图2)，并具有告警功能”，可以实现改进功能。

4.3 排气温度超温停车判据优化方案

将起动自动切油超温保护装置的软件发出停车指令采用多点采集，分阶段判断的方式，加强控制软件对排气温度变化趋势的判断；硬件停车电路增加对超温信号时长的测量，通过对软硬件停车功能的改进，可提高产品发出停车信号的正确性。

5 随发动机验证试验

为了验证起动自动切油超温保护装置的上述改进功能，将贯彻了改进方案的起动自动切油超温保护装置随发动机联试，重点验证其起动自动切油功能、排气温度采集线路接触不良时的告警功能。因发动机无法创造真正超温条件，所以超温停车功能无法验证，该功能仅在试验器上进行了验证。

试验结果表明：起动自动切油超温保护装置的起动自动切油功能能满足发动机需要；当发动机排气温度采集线路接触不良时，起动自动切油超温保护装置能发出告警信号而发动机不停车，实现了功能改进需求。

6 结语

综上所述，软硬件退出控制时机明确、排气温度测量线路异常时只报警不停车的处置方式及排气温度超温停车判据的优化等三方面的改进需求是可行有效的，能在保证起动自动切油超温保护装置的超温功能有效性的前提下提高容错性，大大减小使用过程中发动机非正常停车的概率。

李建英(1984—),女,毕业于南昌航空大学,工程师,现从事发动机系统设计与试验专业工作;李琼(1967—),女,毕业于南京航空航天大学,研高工,现从事发动机系统设计与试验专业工作。