某型航空发动机α2 自动上升现象研究

胡宇超 钱伦凯 李鹏辉/成都航利（集团）实业有限公司

0 引言

在发动机工作过程中，每种参数的变化均反映了发动机状态的改变，异常的参数变化往往是故障的征兆，但发动机结构方面具有的某些特点会在特定的条件下引发局部参数的特殊变化，这些变化并不完全是故障，通过对其分析可以更加深入地了解发动机工作的状态。

1 现象描述

某型发动机的压气机共13 级，其中低压压气机4 级，高压压气机9 级。为保证高、低压压气机的喘振裕度和效率，发动机设计上采用低压压气机第一级进口导流叶片叶梢尾端1/3 段变弯度可调，高压压气机前三级导流叶片可调。

一架该型发动机在使用过程中因高压压气机进口可调叶片角度α2（以下简称α2）上升缓慢，在开涵道对高压压气机进口可调叶片传动机构进行清洗润滑时，现场测量发动机高压可调叶片传动机构两侧合力共3.5kgf，高压作动筒返厂检查修理。该机地面开车，在飞机增压泵接通、发动机未起动时，出现α2自动上升现象。

2 发动机α2 传动机构

发动机α2传动机构由主燃油泵调节器导向器控制机构、高压导向叶片传动连杆机构、反馈钢索、作动筒及相连的导管等组成。作动筒两腔供油由主燃油泵调节器导向器高压分油活门控制，通过作动筒活塞杆的移动推动连杆机构运动，反馈钢索进行负反馈调节，传动结构如图1 所示。

3 原因分析

发动机工作时，主燃油泵调节器所有活门工作在控制油压（定压油）和环境油压（主燃油泵调节器内腔）建立的压差环境中，高压压气机进口可调叶片角度α2通过控制油压和泵内腔环境油压形成的压差进行控制，主燃油泵调节器通过漏油管连通转接管，使主燃油泵调节器内腔的油压与转接管油压一致；发动机不工作时，主燃油泵调节器内部油压与转接管处油压保持一致。

图1 高压压气机进口可调叶片控制原理图

3.1 发动机工作时α2 角度的调节

发动机正常工作时，由主燃油泵调节器指令杠杆带动高压分油活门移动。当发动机转速增加，分油活门从中立位置左移时，分油活门切断主燃油泵调节器齿轮泵后油路与作动筒有杆腔的连通，打开作动筒有杆腔到主燃油泵调节器内腔的回油，同时打开主燃油泵调节器齿轮泵后油路与作动筒无杆腔的连通，关闭作动筒无杆腔到主燃油泵调节器内腔的回油。此时，因泵后油压远远高于主燃油泵调节器内腔的油压，在压差作用下，作动筒活塞杆左移伸出，带动α2角度增加，同时在反馈机构的作用下，带动分油活门右移，限制α2角度继续增大。反之，则活塞杆右移收回，α2角度下降。

3.2 发动机未起动、飞机增压泵接通时的运动分析

发动机未起动、飞机增压泵接通时，主燃油泵调节器进油口与转接管回油油压一致，泵后油压与主燃油泵调节器内腔油压一致。分油活门处于任何位置都会使有杆腔和无杆腔连通的油路油压一致。此时，因无杆腔截面比有杆腔截面大（后者少一个活塞杆截面，见图2），导致油液在无杆腔一侧对活塞的作用力大于有杆腔一侧，活塞有伸出的趋势。

图2 高压作动筒活塞杆

以f活塞表示活塞运动阻力；f机构表示高压可调静子叶片机构运动阻力；f反馈表示反馈机构的运动阻力；P油表示泵增压值；S活塞杆表示作动筒活塞杆截面；S有杆腔表示作动筒有杆腔油液的有效截面；S无杆腔表示作动筒无杆腔油液的有效截面。则：

S活塞杆=S无杆腔-S有杆腔

当f活塞+f机构+f反馈≤P油×S活塞杆时，作动筒活塞杆左移，活塞杆伸出，α2角度上升。

当f活塞+f机构+f反馈≥P油×S活塞杆时，作动筒活塞杆不伸出，α2角度不变。

3.3 案例发动机情况

上述发动机高压可调叶片传动机 构 两 侧 合 力 共3.5kgf，即f机构+f反馈= 3.5kgf。其作动筒经过厂内返修后阻力减小，统计测量厂内其他新修作动筒的阻力值约为2 ～3kgf，因此双侧作动筒活塞运动阻力f活塞min=4kgf，f活塞max=6kgf，因此

f活塞+f机构+f反馈=（7.5 ～9.5）kgf

厂内修理时，作动筒活塞杆的直径尺寸控制在15.77 ～16.07mm，则双侧活塞杆总截面积为S活塞杆=2×3.14×（16/2）2/100=4cm2；根据外场所测泵增压值为0.236MPa，即

P油=0.236/0.098=2.41kgf/cm2

P油×S活塞杆=9.64kgf

新修的作动筒活塞杆摩擦阻力普遍偏小。当作动筒活塞杆阻力小时，P油×S活塞杆>f活塞+f机构+f反馈，使 得 活塞杆在飞机增压泵接通时伸出，α2上升；当作动筒活塞杆摩擦阻力较大时，P油×S活塞杆≤f活塞+f机构+f反馈，活塞杆在飞机增压泵接通时不能伸出，α2不会上升。

上述发动机作动筒新修后摩擦阻力偏小，加之有油封滑油残留等原因，导致作动筒活塞杆摩擦阻力低，在飞机增压泵接通时P油×S活塞杆>f活塞+f机构+f反馈，使得活塞杆能够克服较低的阻力伸出，α2上升。

3.4 同类现象梳理

另一台同型发动机在外场开涵道润滑α2传动机构后也出现试车时接通增压泵后α2自动上升到60°的情况。冷运转时，随着N2转速的上升，α2自动回落到初始位置；模拟试验试车过程中，也曾出现两台发动机在接通增压泵后α2自动上升情况，发动机起动后，随着N2转速的上升，α2都自动回落到初始位置。

4 总结

因作动筒活塞杆有杆腔有效截面积小于无杆腔，导致相同油压下活塞右侧受力大于左侧，存在使活塞杆伸出的作用力差。

如果活塞杆截面较小，增压泵油压较低，同时运动机构阻尼较大，那么接通增压泵后该作用力差很难抵消运动机构的阻力，不会出现α2自动上升现象。但当运动机构润滑较好、作动筒活塞杆摩擦力较小时，该作用力差可能克服阻力推动活塞杆伸出，出现α2上升现象。

该现象发生后不会影响发动机继续使用，发动机起动后随着转速的增加，α2将自动回落；发动机继续使用一段时间后，传动机构阻尼将逐渐变大，作动筒活塞杆阻尼逐渐上升，该现象将消失。