陳代富（海裝西安局,西安　710054）

某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力蜂鳴故障分析

陳代富
（海裝西安局,西安710054）

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)在加力工作過(guò)程中，因加力燃燒室氧氣含量低、氣流速度大等先天條件限制，容易發(fā)生加力蜂鳴故障，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害較大。本文從蜂鳴故障發(fā)生的機(jī)理入手，對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力蜂鳴的測(cè)量、判別和故障的排除方法等進(jìn)行了初步分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；加力；蜂鳴；分析

1　引言

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的提高，為達(dá)到增加推力的目的，往往在發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室之后，增設(shè)加力燃燒室，通過(guò)二次噴油，利用尾氣中的剩余氧氣進(jìn)行燃燒增推。但是，由于受氧氣含量低、氣流速度大等先天條件限制，加力火焰穩(wěn)定燃燒條件較差，容易出現(xiàn)燃燒故障，加力蜂鳴就是其中一種難以排除的典型故障。

加力蜂鳴故障實(shí)際上就是發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室在工作過(guò)程中因?yàn)檎袷幦紵l(fā)出的一種噪音。某型發(fā)動(dòng)機(jī)的加力燃燒室由于采用直射噴嘴順噴的方式，燃油的霧化質(zhì)量較差，當(dāng)局部燃油過(guò)多時(shí)會(huì)導(dǎo)致富油熄火，未燃的油氣混合氣在向后流動(dòng)的過(guò)程中，可能被再次點(diǎn)燃，這種熄滅——點(diǎn)燃——熄滅的燃燒過(guò)程會(huì)引起燃?xì)鈮毫Φ拿}動(dòng)，發(fā)出蜂鳴聲。某型發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)使用過(guò)程中多次發(fā)生加力蜂鳴故障，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪軸承支承整流支板和加力催化點(diǎn)火器損壞，給使用帶來(lái)了一定的安全隱患。

2　故障模式

發(fā)生蜂鳴時(shí)，加力燃燒室的主要燃燒形式為振蕩燃燒，且可細(xì)分為高頻、中頻和間歇振蕩燃燒三種模式，其脈動(dòng)波形如圖1所示。

（1）高頻振蕩。接通加力后可以聽(tīng)到尖叫聲，噪聲刺耳，波形有周期性，壓力脈動(dòng)幅度△P≥10%P0。P0是加力燃燒室平均工作壓力，頻率為200～300Hz。高頻振蕩燃燒雖不至于造成熄火，但可能激起零件或薄殼件的顫振和筒體過(guò)熱；

（2）中頻振蕩。接通加力后持續(xù)振蕩。音調(diào)低沉如滾雷，波形有周期性，壓力脈動(dòng)較大，△P≥20%P0。頻率在50～200Hz，燃燒不穩(wěn)定會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，加力燃燒室筒體過(guò)熱，加力推力減小。筒體內(nèi)的零件可能被震松、變形、震裂乃至掉塊，也可能很快熄火，還能激起噴口及筒體顫振；

（3）間歇振蕩。接通加力后，無(wú)節(jié)拍地間歇放炮，可能放幾炮后就熄火，破壞性很大，波形周期長(zhǎng)短不一，在波峰上重疊有高頻增幅的小波動(dòng)。壓力波動(dòng)很大，△P≥(50～100%)P0頻率很低，變化不定，每秒幾周到十幾周。

3　機(jī)理分析

某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室由于采用了外函冷空氣參與燃燒的技術(shù)，為解決低溫穩(wěn)定燃燒問(wèn)題，采用了三圈蒸發(fā)管式火焰穩(wěn)定器。在工作中，蒸發(fā)管中噴射由加力燃調(diào)提供的附加燃油，并與引入的少量燃?xì)饣旌?，形成富油混合氣，然后?jīng)蒸發(fā)管?chē)娙隫形槽穩(wěn)定器內(nèi)，再與V形槽穩(wěn)定器頂端進(jìn)氣槽孔引入的氣體混合，形成可燃混合氣，當(dāng)V形槽內(nèi)回流區(qū)的可燃混合氣與V形槽穩(wěn)定器后的大回流區(qū)的燃?xì)庀嘤?，即可點(diǎn)燃穩(wěn)定燃燒。該型發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)展階段，加力主燃油的分配試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，1號(hào)和4號(hào)燃油總管的燃油對(duì)“蜂鳴”的產(chǎn)生起的作用最大，最后取消了1號(hào)總管，代之以催化點(diǎn)火器；4號(hào)燃油總管供油量占加力總流量的23%，且離噴管壁較近，壓力波撞擊噴管壁易引起共鳴，因此對(duì)加力燃燒室的隔熱屏進(jìn)行了周向呈波紋狀設(shè)計(jì)，同時(shí)減小了4號(hào)總管的流量。

發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒穩(wěn)定工作的條件用公式表示為：

其中，NT—燃燒穩(wěn)定性；P—燃?xì)鈮毫?；V—?dú)饬魉俣龋籘—?dú)饬鳒囟?/p>

其中，φ—回流區(qū)當(dāng)量比；θ—總的當(dāng)量比；β1—穩(wěn)定器前的蒸發(fā)系數(shù)；β2—穩(wěn)定器上的液熵收集系數(shù)；β3—穩(wěn)定器上液膜蒸發(fā)系數(shù)；K—尾跡回流系數(shù)。

理論分析和試驗(yàn)表明：某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室內(nèi)氣流振蕩振頻為100～120Hz，振幅在1.1磅/平方英寸以下，屬于中頻振蕩燃燒范圍。從發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和加力系統(tǒng)控制規(guī)律可以看出，某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒的影響因素主要有5個(gè)方面（關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖2，影響因素見(jiàn)表1）：①加力供油量；②內(nèi)外函混合器形狀、位置、尾噴管的幾何形狀，火焰穩(wěn)定器的形狀及位置等；③發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣部件；④飛機(jī)進(jìn)氣道；⑤尾噴口面積。

其中②、③、④項(xiàng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)定型以后，對(duì)振蕩燃燒的影響就基本確定，①、⑤項(xiàng)為可調(diào)且直接影響振蕩燃燒的。圖2中的縱坐標(biāo)FR/0.9M8為加力燃燒室油氣比，如燃油流量FR大，空氣流量M8（噴口面積決定）小，則容易發(fā)生富油燃燒而進(jìn)入蜂鳴區(qū)；橫坐標(biāo)PWT/V稱(chēng)為穩(wěn)定性參數(shù)，具體影響因素見(jiàn)表1。

從圖2中可以看出：

（1）蜂鳴故障在加力比還比較小的情況下也可能發(fā)生；

（2）穩(wěn)定性參數(shù)受唇緣總溫T、靜壓P及流速V的影響較大；

（3）減少燃油流量FR或增大空氣流量M8能消除蜂鳴。

某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力蜂鳴的影響因素

4　測(cè)量技術(shù)

加力振蕩燃燒有時(shí)很難以人的聽(tīng)覺(jué)來(lái)判斷，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不良時(shí)有時(shí)也發(fā)生低（中）頻隆隆噪聲。但是，振蕩燃燒可以通過(guò)測(cè)量、判讀的方法來(lái)確定，技術(shù)也不復(fù)雜。即：將振蕩燃燒指示表、經(jīng)過(guò)濾波器、壓力傳感器接到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣混合器出口靜壓測(cè)量管上，為避免壓力波傳遞的滯后，金屬管的長(zhǎng)度規(guī)定為1米。輸入壓力傳感器的脈動(dòng)壓力，經(jīng)過(guò)膜盒轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷男盘?hào)，送到紫外線(xiàn)記錄儀，在記錄紙上繪出脈動(dòng)壓力波形，根據(jù)波形的頻率和振幅來(lái)鑒別故障（見(jiàn)圖3）。

4.1振蕩燃燒的檢查和測(cè)量

當(dāng)懷疑發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生加力蜂鳴故障時(shí)，先進(jìn)行如下工作：

（1）檢查發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓氣機(jī)工作線(xiàn)和低壓渦輪出口溫度是否偏低；

（2）檢查加力燃燒室的各種調(diào)整是否準(zhǔn)確無(wú)誤。

如檢查未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將振蕩燃燒指示表按圖3所示接到發(fā)動(dòng)機(jī)靜壓接頭處，并接通壓力傳感器和紫外線(xiàn)記錄儀之間的接線(xiàn)，此傳感器在紫外線(xiàn)記錄紙上（使用寬度為28cm）對(duì)應(yīng)的壓力標(biāo)準(zhǔn)范圍為0～28 磅/平方英寸。按下列開(kāi)車(chē)程序進(jìn)行測(cè)試：

（1）起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將油門(mén)推到最大不加力狀態(tài)；

（2）選擇加力，將油門(mén)桿拉到比出現(xiàn)振蕩燃燒蜂鳴狀態(tài)的推力低500磅位置，穩(wěn)定后用紫外線(xiàn)記錄儀記錄約6秒鐘，記錄紙的速度為4英寸/秒；

（3）推油門(mén)桿直到出現(xiàn)振蕩燃燒蜂鳴噪音，穩(wěn)定后進(jìn)行紫外線(xiàn)記錄；

（4）停車(chē)，分析兩次紫外線(xiàn)記錄結(jié)果。

4.2振蕩燃燒的識(shí)別

4.2.1基準(zhǔn)波形

在5.1節(jié)中，測(cè)量低于振蕩燃燒狀態(tài)的推力500磅的紫外線(xiàn)記錄，是用作比較基準(zhǔn)的基準(zhǔn)波形，便于比較振蕩燃燒出現(xiàn)前后的波形變化，以便識(shí)別振蕩燃燒波形的變化規(guī)律，其典型波形如圖4所示。

4.2.2蜂鳴波形

當(dāng)聽(tīng)到加力燃燒室振蕩燃燒蜂鳴噪音后，紫外線(xiàn)記錄紙上可以記錄下兩種波形：

（1）當(dāng)加力燃燒室剛開(kāi)始出現(xiàn)振蕩燃燒的蜂鳴噪聲，噪音斷續(xù)出現(xiàn)，記錄波形多變，頻率時(shí)高時(shí)低，表明已到振蕩燃燒的邊界，波形如圖5所示。

（2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)劇烈振蕩燃燒蜂鳴時(shí)，從紫外線(xiàn)記錄紙上可以很容易地看出較整齊的頻率圖形，如圖6所示。

5　排故措施

（1）通過(guò)調(diào)節(jié)加力燃油流量調(diào)節(jié)器齒形墊圈改變凸輪箱操縱桿長(zhǎng)度，減小加力供油量，同時(shí)檢查加力燃油流量調(diào)節(jié)器的最大止動(dòng)釘間隙是否在3.43～0.38mm范圍內(nèi)；

（2）檢查并調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)整至96-98%之間，改變激起氣流脈動(dòng)的原始頻率；

（3）對(duì)低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的可見(jiàn)部分進(jìn)行清洗，保證發(fā)動(dòng)機(jī)流量；

（4）清洗加力燃燒室噴嘴；

（5）用外場(chǎng)測(cè)試儀檢查低壓轉(zhuǎn)子工作線(xiàn)和排氣溫度，必要時(shí)重調(diào)；

（6）重新調(diào)整壓比調(diào)節(jié)器；

（7）重新匹配發(fā)動(dòng)機(jī)。

6　小結(jié)

從某型發(fā)動(dòng)機(jī)加力蜂鳴故障的分析和測(cè)試可以看出，控制發(fā)動(dòng)機(jī)加力供油量，匹配好油和氣的關(guān)系，改善加力燃燒室工作條件是控制和消除加力蜂鳴故障的基本措施，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在加力燃油系統(tǒng)中采用數(shù)字電調(diào)技術(shù)也是改善油氣匹配關(guān)系的措施之一。

作者簡(jiǎn)介：陳代富（1977—），男，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，漢，1999年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，主管航空裝備質(zhì)量臨督。