航空活塞发动机地面滑行停车研究

Study on in-taxiing shutdown of aviation piston engine

陈卫华，李勇君，童　瑶

CHEN Wei-hua, LI Yong-jun, TONG Yao

（中国民航飞行学院遂宁分院，遂宁 629000）



航空活塞发动机地面滑行停车研究

Study on in-taxiing shutdown of aviation piston engine

陈卫华，李勇君，童瑶

CHEN Wei-hua, LI Yong-jun, TONG Yao

（中国民航飞行学院遂宁分院，遂宁 629000）

摘 要：以Lycoming IO-360-L2A航空活塞发动机为研究对象，结合该发动机工作原理，通过监控其性能参数的变化，研究其工作状态是否异常或存在故障隐患。然后具体以该发动机着陆滑行停车故障为例，使用EGView软件对其工作数据进行分析，分析该型发动机着陆滑行停车故障发生的原因及影响因素，研究了该型发动机油门操纵特点和燃调结构特点，并提出相应的检查方案和切实可行的预防措施。研究表明，该成果可以解决该发着陆滑行停车故障，降低该发滑行停车故障发生率，保障飞行安全。

关键词：航空活塞发动机；状态监控；燃油调节器；滑行停车；慢车转速

0 引言

随着机队不断扩大和飞机机龄的增加，故障发生的概率也明显增加，Lycoming IO-360-L2A发动机累计发生数十起飞机着陆滑行阶段发动机停车故障。为此，必须保持警惕并加以研究，采用一些科学的预防措施，将故障苗头扼杀在早期阶段，严防发动机故障在空中发生，尤其杜绝“空停”这样的严重事件发生就变的十分必要[1]。以典型的水平对置型Lycoming IO-360-L2A航空活塞发动机为研究对象，具体以该发动机着陆滑行停车故障为例，通过EGView软件分析并判断发动机工程数据异常情况，以期排除故障[2,3]。

1 发动机状态监控

航空发动机状态监控（Engine condition monitoring, ECM）主要环节是：G1000系统采集飞行数据存储到数据卡，使用发动机状态监控软件EGView读取数据，综合分析发动机数据，同时结合地面试车数据，机组报告及时控件管理等[4]。

1.1 EGView软件介绍

EGView（Engine Monitor Graphing&Analysis）是发动机状态监控及数据分析软件，导入所需要分析的发动机数据后，在同一界面实时显示数据页面“Flight Data”（Current Flight Statistics&Current Flight raw Data）和图形页面“Flight Chart”，且数据与图形一一对应，如汽缸头温度（CHT）、排气温度（EGT）、燃油流量（FF）、滑油压力、滑油温度及发动机转速等，如图1所示。维修人员可以根据需要查看发动机工作参数数据及变化趋势，科学地指导维修。

图1　EGView界面-数据页面及图形页面

1.2 发动机状态监控系统

为了实现对航空活塞式Lycoming IO-360-L2A发动机状态监控，监控系统示意图如图2所示[5]。

1.3 监控参数介绍

图2为所研究航空活塞发动机监控系统，监控参数一般分为工况参数、气动热力参数及机械性能参数[6]。表征发动机的工况参数是发动机推力，然而推力不能测量，由于Cessna 172R飞机采用定距螺旋桨，根据发动机工作原理，可以用发动机转速表征发动机工参数。

气动热力参数主要有排气温度EGT、汽缸头温度CHT、燃油流量FF等。根据Cessna 172R型飞机飞行员操作手册和Lycoming发动机操作手册限制要求[7]，在正常操作情况下，各个汽缸EGT差值应该在100˚ F范围内，汽缸间的EGT差值超过100˚ F表明需要进行维修。在使用喷射式燃调的发动机上，CHT读数差值达到100˚F属于不正常，在使用汽化器式燃调的发动机上CHT读数差值达到150˚ F属于不正常。

机械能力参数主要振动值、滑油压力及滑油温度等。除了对发动机状态参数分析之外，还需对发动机进行滑油分析，包括：滑油品质、滑油温度、滑油消耗率、滑油磨粒等。

图2　Lycoming IO-360-L2A状态监控与故障诊断系统示意图

2 Lycoming IO-360-L2A发动机典型故障分析

2.1 Lycoming IO-360-L2A地面滑行停车事件描述

某型飞机在机组训练过程中，在着陆滑行阶段发动机停车，此时温度约17℃，压力高度约930mmHg。维修人员对该发动机进行状态检查，对其外部状况、操纵系统、点火系统、燃油系统等项目检查，发现燃调慢车活门摇臂与风门轴摇臂之间存在明显间隙，如图3所示。

图3　RSA-5AD1型直喷式燃调

如图3所示，通过固定慢车活门摇臂，在风门全关位置测量慢车止动钉的跳动量来控制慢车活门摇臂至风门轴摇臂之间的间隙[8]。根据多年的燃调翻修经验，对慢车混合比调节机构的总间隙制定了一个限制标准：慢车活门摇臂与风门轴摇臂间隙小于0.20mm，而通过测量该发动机的燃调间隙为0.78mm，已超过限制标准。

2.2 燃调慢车活门摇臂与风门轴摇臂间隙分析

在着陆滑跑过程中，发动机工作在慢车状态，由于燃调慢车活门摇臂与风门轴摇臂之间存在明显间隙，不能精确感应外部压力变化，造成油气混合比不匹配，从而改变燃油喷射器的调节特性，造成慢车转速和慢车贫富油调节不准确，且慢车转速不稳定。

由于该燃调慢车活门摇臂与风门轴摇臂之间存在过大间隙，会使油门手柄在极限位置存在较大的弹性间隙。该间隙会造成油门杆操作滞后，当快速收油门时容易使发动机出现转速过低的情况，极易发生发动机自动停车的不正常事件。在快速推油门时，又需先克服间隙然后才能带动慢车活门向开大供油通道的方向运动，滞后于风门的开度，使发动机出现瞬时供油不足的情况，造成贫油停车[9]。

2.3 Lycoming IO-360-L2A地面滑行停车影响因素

该型发动机慢车转速为700～750RPM；慢车贫富油的检查是将发动机拉回到慢车状态，待转速稳定后，拉混合比杆，若转速上升10～50RPM，说明该发正常；若转速不变或者下降，说明发动机贫油；若转速上升超过50RPM，则说明发动机富油。

该型发动机长时间慢车运转或地面滑行导致该发最终停车原因分析如图4所示。

图4　发动机滑行停车影响因素

根据Lycoming IO-360-L2A发动机操纵手册及维护经验，影响该型发动机地面滑行停车主要因素有：混合比过富油或过贫油；发动机慢车转速、混合比设置不正确；燃调文氏管污染，文氏管计量的气压差不正确；燃调操纵系统间隙过大，无法提供正确的油气混合比等。此外该发动机点火系统故障、喷嘴堵塞、进气系统渗漏、燃调内漏、管路燃油蒸发等都会造成发动机停车。

2.4 Lycoming IO-360-L2A地面滑行停车原因分析

通过读取该发动机滑行停车时的工作数据，如图5所示，使用EGView软件进行分析，该发动机在1200RPM及以上各工作参数（汽缸头温度、排气温度、燃油流量、发动机转速、滑油压力、滑油温度等）均在正常参数范围内。根据维护手册及维修经验，基本可以排除点火系统故障、喷嘴堵塞、进气系统渗漏、燃调内漏、管路燃油蒸发、燃调文氏管污染等造成的该发动机停车。

图5　发动机地面滑行停车数据

继续分析上图5该发动机慢车工作情况，可以发现该其慢车转速从739RPM到最后停车历时约22秒，其中从739RPM下降到383RPM历时约16秒；从383转/分至0秒约6秒。表明该发动机的燃调慢车活门摇臂与风门轴摇臂间隙对该发动机慢车转速影响严重，已超过300RPM，在重度用力收油门时，发动机转速掉至500 RPM以下甚至更多，造成该发动机停车。通过对该发动机地面试车，发现其慢车状态富油，结合机组报告，判断此次发动机停车与以下三个因素有关：机组人员在发动机慢车状态油门手柄操纵太紧；该发贫富油调节机构存在较大间隙；慢车状态比较富油。

2.5 Lycoming IO-360-L2A地面滑行停车故障成因研究

当该发动机油门杆收至慢车状态立即松手，发动机慢车转速会恢复到约740RPM；继续用力收油门杆时，油门钢索将拉动风门轴和慢车活门从慢车转速位置向更低的转速位置运动，发动机转速降低到约383RPM并继续降低，此时燃调节气门开度进一步关小，进气量减小，发动机功率减小，而慢车供油量恒定，最终导致该发动机慢车小转速富油停车。

2.6 Lycoming IO-360-L2A地面滑行停车预防措施

首先应避免发动机长时间在富油状态下工作，即慢车转速下工作时间不宜过长。在滑行期间为防止积碳和积铅，设置发动机混合比在贫油状态。

在维护工作中，将燃调的风门轴衬套和销钉列为必换件，以减小其与配合孔之间的间隙，从而减小燃调慢车活门摇臂与风门轴摇臂间隙，确保其在规定范围内。

飞行前，应将混合比调整到规定范围内，避免因贫、富油设置不当而停车。

飞行中，避免小功率或无功率的富油混合气快速下降。在大功率工作期间，需要多余的燃油来冷却发动机，应该富油一些。

在巡航功率状态，适当调贫油至排气温度峰值，有助于油气混合气完全燃烧，大多数的铅将挥发并排出，进而最大限度地减少滑油中铅油泥的形成。

发动机停车时充分冷机并按照规定烧电嘴，减少电嘴挂油、积碳、积铅，防止电嘴污染。

在温度变化比较大的气候条件下，慢车转速稍大一些，这样既可以减少电嘴污染；又加快燃油流动速度，提高燃油导管的冷却速率，防止气塞。

飞行人员按规定设置慢车转速、调节贫富油及正确使用冷暖机。由于该型发动机燃调组件为精密计量部件，飞行人员应柔和操纵油门，后拉油门时关注发动机转速，不能过低。

3 结论

通过采用EGView软件对Lycoming IO-360-L2A发动机工作数据进行分析及地面试车，查明该型发动机着陆滑行停车故障原因是该发动机慢车小转速富油停车，主要影响因素飞行人员在发动机慢车状态油门手柄操纵太紧；慢车状态比较富油；贫富油调节机构存在较大间隙。

参考文献：

[1] 张永生.民用航空维修工程管理概论[M].北京:中国民航出版,1999:80-83.

[2] 宋彪,王旭.飞机视情维修的应用现状及发展[J].中国民航大学学报.2012.30(5):9-10.

[3] 王施,王荣桥,陈志英,等.航空发动机健康管理综述[J].燃气涡轮试验与研究.2009.22(1):51-52.

[4] 唐庆如.航空发动机状态监控[J].中国民航飞行学院学报.2007.18(5):3-8.

[5] 曹岳松.基于可靠性的某型飞机维修技术研究及管理系统开发[D]. 沈阳:东北大学,2012:7-9.

[6] 姚晨榕.基于状态的民航发动机维修管理研究[D].南京:南京航空航天大学,2006:16-17.

[7] Lycoming T.Aircraft engines operator’s manual[Z].Williamsport ．U. S. A:Textron Lycoming Inc,2000.

[8] RSA-5AD1型燃调维护和翻修手册[M].FORM 15-520B,1990.

[9] 丁发军.RSA-5AD1型燃油喷射器综合间隙对发动机工作特性的影响及解决办法[J].中国民航飞行学院学报.2007.18(6):7-9.

控制技术

作者简介：陈卫华（1985 -），男，安徽临泉人，工程师，硕士，研究方向为活塞式发动机维护及适航管理及计算流体力学（CFD）。

基金项目：中国民航飞行学院科研项目：通用航空小型活塞式飞机发动机防空中停车研究（J2013-79）

收稿日期：2015-11-13

中图分类号：V234

文献标识码：A

文章编号：1009-0134(2016)01-0024-03