某型教练机发动机喘振后未自动恢复工作故障诊断与分析

刘龙园，晏 莹，李子昂，张向前，付细能

(航空工业洪都，江西 南昌，330024)

0 引言

航空发动机是飞机的心脏，是航空机械设备中故障率最高、调整最复杂、维护工作量最大的系统，其工作状态的好坏直接影响到飞机的安全可靠与运行[1]。

某型教练机进行空中航炮60发连射时，高温高压燃气进入左侧进气道导致左发喘振，左发喘振保护系统开始工作，但发动机在恢复过程中出现“发动机工作状态自动恢复失败”现象，左发转速降至低于慢车转速形成“热悬挂”，出现超温，随后飞行员收油门停车并进行空中起动，起动成功后返航着陆。

1 发动机介绍

1.1 某型发动机

某型发动机是一种双转子、双涵道的涡轮分扇发动机，发动机控制采用全权限数字控制系统，可以保证在任何飞行状态下，最大限度地发挥发动机的性能，并驱动发电机发电和液压泵供压，为飞机环控和燃油系统提供压缩空气。

该发动机具有较高的气动稳定性裕度，采用小功率的空气发生器起动，推进效率较高，使用维护方便，经济性好。压气机和涡轮均为轴流式，采用高效短环形燃烧室，并采用单元体设计，发动机由12个主要模块组成，包括风扇、带传动机匣、分流机匣、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、涡轮支承、外机匣、转接管、排气锥、延伸筒和尾喷管等组成。

1.2 发动机喘振机理

压气机喘振是压气机的一种不稳定工作状态，是由于压气机进口空气流量骤然减少而引起的气流沿压气机轴向发生低频高幅的震荡现象，即气流在发动机压气机的叶片通道内严重分离，偏离了设计工作状态而引起的，其主要表现为压气机出口和流量剧烈波动，发动机声音变低沉，发动机转速不稳定，排气温度升高，发动机振动加剧，发动机推力迅速减小，严重时，甚至出现气流倒流，并伴有放炮声和燃烧室熄火[2]。

1.3 某型发动机防喘原理

1.3.1 发现压气机喘振

某型发动机所有工作状态下（起动状态除外）的发动机喘振保护由自身的电子控制装置保证，即发动机工作时，电子控制装置分析P*高压压气机的变化量，当 C压降≥C压降门限值时，形成“发现喘振”信号并传输到飞机多功能显示器上进行显示和告警。

其中，C压降——压气机后的空气压降系数；

C压降门限值——压气机后的空气压降系数门限值，它取决于发动机进口空气总压P*空气。

1.3.2 消除压气机喘振

发现喘振后，电子控制装置激活喘振保护系统，控制停止供工作燃油、接通点火附件、供起动燃油、以最大速度将调节泵计量元件设定在最小燃油流量GT最小程序和以最大速度将高压压气机可调导向器设定在高压压气机可调导向器最小角度α可调导向器程序最小上；

1.3.3 发动机工作状态自动恢复

当喘振信号消失时，电子控制装置形成“喘振保护系统的自动恢复工作状态功能正在工作”，按照设定的判据输出指令，保持按规律的燃油流量，并以此保证加速性的速度，将发动机工作状态恢复到油门杆当前位置。

如果在恢复发动机原始工作状态过程中形成了“发现喘振”标识，则ECU除执行现有指令，再次完成消除压气机工作不稳定性的时序。

2 某型发动机喘振后未自动恢复工作原因分析

2.1 某型发动机故障概述

某型教练机发动机在高度 H≈3050m，Vb≈410km/h进行航炮60发连射，左发最大状态，右发0.2最大状态,左发出现喘振，右发工作正常。

经飞参分析，航炮发射持续时间为3.1s，在航炮发射过程中，航炮废气进入左侧进气道从而导致左发压气机后压力在0.1s内由12.772kgf/cm2降至3.356kgf/cm2，排气温度在0.1s内由768.375℃升至905.25℃。左发喘振保护系统工作，燃油流量降至0kg/h，持续时间0.4s，排气温度由905.25℃降至738.562℃，再过0.4s，排气温度降至553.188℃，紧接着左发动机自动恢复工作，开始供工作燃油。

但是在左发自动恢复过程中，左发出现了第二次发现喘振，燃油流量在增加过程中再次降低，可调导向器角度在增加过程中再次减小，导致发动机转速继续降低，且高压转速低于慢车转速，为59.422%，排气温度升至798.312℃，并报出超温告警，最大排气温度802.625℃，随后飞行员收油门停车并进行发动机空中起动，起动成功后返航着陆。

图2 左发喘振保护工作参数

2.2 某型发动机故障原因分析

飞行后，将发动机拆下并检查了可调导向器传动机构、高低涡轮叶片和涡轮导向器，均正常，但是发现用于测量发动机进口总压的集气盒K02接管嘴焊疤附近出现长约12mm的穿透性裂纹。

集气盒是用于从发动机进口的三个无流量空气总压受感器引入空气压力，然后将空气压力输送到发动机燃油泵-调节器和发动机进口空气压力传感器测量，如下图3所示。

图3 集气盒连接示意

而电子控制装置判断发动机喘振的依据是压气机后压力的变化率，当压气机后压力的变化率大于等于喘振门限值时，即发现喘振，而喘振门限值取决于发动机进口空气总压[3]。此时集气盒漏气，故左发进口空气总压与实际不符，出现进口空气总压测量不准确，因此左发出现二次喘振。

与此同时，电子控制装置在自动恢复发动机工作状态时，按加速性来保证燃油供油量，加速性的燃油供油量与左发动机进口空气总压有关[3]，此时集气盒漏气，左发进口空气总压与实际不符，出现进口空气总压测量不准确，因此导致发动机自动恢复不成功。

综合上述分析，某型教练机左发进口空气总压传感器连接的集气盒K02接管嘴焊疤附近出现穿透性裂纹导致漏气，电子控制装置测量的发动机进口空气总压与实际不符，从而导致左发二次出现喘振和发动机状态未自动恢复。

3 某型发动机喘振后未自动恢复工作解决措施

出现上述故障后，更换了某型教练机左发进口空气总压集气盒并进行了地面试车，在慢车和最大状态激活喘振保护系统，左发喘振保护系统工作正常。

随后某型教练机在高度H≈5000m，Vb≈400km/h进行航炮连射，左发工作在最大状态，右发工作在0.3最大状态，左发喘振，但是喘振保护系统工作正常，未出现发动机工作状态恢复失败现象，故障已排除，左发喘振保护系统工作参数详见图4所示。

图4 左发喘振保护工作参数

4 结语

某型教练机在进行空中航炮发射时，航炮废气进入左侧发动机进气道导致左发喘振，左发喘振保护系统工作，发动机自动切油后自动恢复系统开始工作，但在自动恢复过程中，发动机供油量异常，导致发动机转速持续降低，出现悬挂超温，最终发动机自动恢复失败。

飞行后分析飞参及检查发现，用于测量发动机进口总压的集气盒K02接管嘴焊疤附近出现长约12mm的穿透性裂纹，集气盒漏气，导致电子控制装置测量的发动机进口空气总压与实际不符，该参数与电子控制装置发现发动机喘振的门限值及自动恢复过程的加速控制均有密切的关系，故左发动机进口空气总压传感器连接的集气盒出现穿透性裂纹漏气是导致左发二次喘振和发动机状态未自动恢复的原因，更换集气盒后，通过地面试车检查喘振保护系统及空中航炮发射试飞验证，左发喘振保护系统工作正常，故障已排除。