涡喷系列发动机副油路压力摆动技术研究

崔毅

（中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，贵州 贵阳 550000）

1 简介

1.1 发动机燃油系统介绍

发动机燃油供油系统的功用是以富足的流量和预定的压力及过滤度合格的煤油供给发动机燃油系统，并且在各种飞行条件下调节发动机不同状态下的供油量。

试车台发动机试车时，发动机副油路燃油压力的稳定性对发动机性能的录取极为重要。

1.2 涡喷系列发动机副油路压力摆动问题

涡喷发动机批生产过程中发动机副油路压力摆动故障时有发生，副油路压力摆动故障已经成为显著影响发动机试车工作的因素。更重要的是，现有的排故措施是基于工作经验，因机理不清排故方向不明确，排故周期较长。

1.3 技术研究目标

（1）建立副油路压力摆动的力学模型，找出副油路压力摆动问题的主要因素。

（2）制定副油路压力摆动问题的标准排故流程，大幅降低排故周期；

2 发动机附件固有频率建模

2.1 离心泵固有激振频率特性

式中，n 为转速，r/min；M 为叶片数。

2.2 柱塞泵固有激振频率特性

式中，n 为转速，r/min；M 为柱塞数。

3 发动机试验数据

3.1 试验数据分析

本次数据采集了发动机整个开车过程中的数据，因副油路摆动多出现在大状态，因此本文只截取了大状态数据进行相关分析。

3.2 全加力状态

主油路压力频谱分布图如图1 所示，副油路压力频谱分布图如图2 所示，主泵泵后压力波形图及频谱分布图如图3所示，主泵定压油压力波形图及频谱分布图如图4 所示。

4 数据分析

图1 主油路压力频谱分布图

图2 副油路压力频谱分布图

图3 主泵泵后压力频谱分布图

图4 主泵定压油压力频谱分布图

在慢车工况下，主泵后的压力摆动幅值最高，在0.8 额定状态下，主泵定压油的压力摆动幅度最大，主泵后压力摆动幅度略低于定压油，而副油路和主油路的压力摆动幅值相近，为定压油压力摆动幅值的60%左右。在额定状态下，情况与0.8 额定状态下类似，定压油的压力摆动振幅最大，主泵后的压力摆动幅值明显降低，主油路和副油路的压力摆动幅值明显增大，且副油路明显大于主油路。在最大状态下，定压油压力摆动幅值继续增大，而其他三个测点的压力摆动幅值显著降低，其中主副油路的压力摆动幅值均低于限值。在小加力工况下，定压油压力摆动幅值为各工况下最大，主泵后压力摆动幅值与0.8 额定工况下相近，此时主油路压力摆动幅值明显高于0.8MPa 的限值，而副油路压力摆动幅值则低于限值。在全加力工况下，定压油压力摆动幅值虽然比小加力状态有所降低，但仍为四个测点中最高。主泵后压力摆动幅值与最大状态时相近，比小加力状态显著降低。主油路和副油路压力摆动幅值均比小加力状态有小幅度降低。由此可见，压力摆动的最大幅值出现在主泵定压油处，其次为主泵后。主副油路的压力摆动幅值均低于主泵定压油处和主泵后，表明主泵为可能的激振源，并且压力波由主泵向下游传递过程中存在明显的阻尼，使振动幅值显著降低。

根据发动机的附件传动设计，离心增压泵与主燃油调节器（主泵）的柱塞泵均由高压转子带动。其中，离心增压泵的传递比为1.2，主燃油调节器的传递比为2.765。高压转子的100%转速为11362rpm。由此可以计算出离心增压泵和主燃油调节器柱塞泵的转速。

可以看出，该分量频率与主燃油调节器柱塞泵的一阶激振频率基本重合，表明主要振动分量来自柱塞泵的固有激振频率。发动机在达到最大状态后，传动附件的转速变化范围很小，主燃油调节器柱塞泵的一阶激振频率在610Hz 左右。而这三种工况下的主要振动分量频率同样在605 ～610Hz，几乎与柱塞泵一阶激振频率完全重合，同样表明主要的振动来源于主燃油调节器柱塞泵，与离心增压泵无关。

表1 不同工况下激振源频率

根据试车数据，当副油路压力出现明显摆动时，发动机推力，高压和低压转子转速以及T4 均没有显著变化。这是由于柱塞泵的一阶频率都在600Hz 左右，而燃油压力摆动所能直接影响的是燃烧室，但是根据现有的文献资料显示，燃烧室的震荡燃烧一阶固有频率主要位于低频区间，约为10～350Hz，并且固有振动的主要能量集中于一阶分量。根据本次试验的数据，柱塞泵的一阶固有频率远大于燃烧室的一阶固有频率，因此，柱塞泵产生的供油压力脉动不能与燃烧室产生共振，因此不能使燃烧发生共振。而高低压转子转速的固有频率则在10000Hz 以上，同样无法与柱塞泵供油频率产生共振，因此T4、高低压转子转速和推力都没有显著变化，柱塞泵的激振对发动机性能没有影响。

5 结论与解决措施

综上所述，通过频域分析，可以看出副油路压力振动来源于主燃油调节器的激振作用。同时有可能存在车台设备上有一些次要的影响因素，包括刚性结构的测压管、测压管安装的层板和机械膜盒式测压表的谐振特性。但是基于试车数据的分析，在副油路压力出现摆动的时候，发动机推力，转速和T4 没有发生变化，可以认为副油路压力的高频针对不会对发动机的性能产生影响。

根据试车台现有技术条件，当发动机在试车过程中出现副油路摆动较大无法试车时，直接更换主燃油调节器。