常誠，肖連勇

（中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動機制造有限責(zé)任公司，上海 201306）

某型航空發(fā)動機的試車臺，使用油庫通過長輸管道輸送燃油為發(fā)動機燃油系統(tǒng)供油。油庫來油經(jīng)過臺架燃油粗油濾過濾、流量計計量、細油濾過濾后供至發(fā)動機燃油系統(tǒng)。如果燃油系統(tǒng)的附件以及管路產(chǎn)生的氣泡，沒有及時排除，便會產(chǎn)生堵塞的現(xiàn)象，使得發(fā)動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況，甚至導(dǎo)致停車的情況產(chǎn)生。

1 目前國內(nèi)試車臺燃油系統(tǒng)主要特點

1.1 供油壓力不同

目前燃油系統(tǒng)的發(fā)動機燃油供油壓力與系統(tǒng)來油壓力屬于線性關(guān)系，不同型號的發(fā)動機以及試驗狀態(tài)當中的供油壓力范圍都是不同的，油庫為了對各個型號發(fā)動機供油需求進行滿足，需要對各自的管線以及油罐進行配置。

1.2 燃油流量測量范圍比較窄

為確保燃油流量測量的準確度，試車臺燃油系統(tǒng)一般使用2個流量計，1個大范圍流量計用來測量慢車以上狀態(tài)的燃油流量、1個小范圍流量計用來起動及慢車狀態(tài)的燃油流量。在應(yīng)用不同的發(fā)動機狀態(tài)對燃油流量進行測量的過程中，需要對流量計進行切換，一般沒有自動切換功能。

1.3 單體設(shè)計

燃油系統(tǒng)當中的部件，從廠家運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝，并完成沖洗以及調(diào)試工作。在現(xiàn)場進行安裝工作和調(diào)試工作需要一定的時間周期，成本比較高。

1.4 供油壓力受到燃油消耗量帶來的影響

燃油系統(tǒng)當中的發(fā)動機供油壓力，與燃油系統(tǒng)當中的燃油壓力以及燃油消耗量為反比的關(guān)系，發(fā)動機在大狀態(tài)的工作過程中，為了應(yīng)對流量增大導(dǎo)致的壓力降低問題，需要增大供油壓力進行彌補。

1.5 部分系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控

燃油系統(tǒng)只實施系統(tǒng)的壓力監(jiān)控，系統(tǒng)的功能比較單一，無法對系統(tǒng)實施調(diào)節(jié)和控制，系統(tǒng)內(nèi)部沒有較強的自我保護功能以及糾正錯誤的能力。

2 故障現(xiàn)場分析

某型發(fā)動機在試車臺進行相應(yīng)的發(fā)動機試車試驗。發(fā)動機起動至慢車穩(wěn)定工作3min后，按照規(guī)定實施暖車，在暖車的過程當中，發(fā)動機的工作處于正常狀態(tài)。5min之后，結(jié)束暖車程序，推動油門提升發(fā)動機轉(zhuǎn)速。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升過程中，操作人員發(fā)現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速擺動、渦輪后排氣溫度擺動，同時燃油系統(tǒng)發(fā)出燃油壓力低警報。

3 故障機理分析

在對停車數(shù)據(jù)進行詳細的分析之后發(fā)現(xiàn)，在燃油流量快速下降時，發(fā)動機自帶燃油泵燃油入口壓力比燃油的流量提前下降為零，時間大概為3s。在對發(fā)動機自帶燃油泵進行檢查之后，排除燃油泵故障的可能。初步判斷為發(fā)動機停車的直接原因是管路發(fā)生氣塞，使得燃油沒有正常進入到發(fā)動機當中。

燃油系統(tǒng)當中的管路沿程摩擦阻力為：

式中：雷諾數(shù)為Re；管路流速v，m/s；管路的內(nèi)徑為d；介質(zhì)運動粘度為v，m2/s。

燃油系統(tǒng)中應(yīng)用的導(dǎo)管絕對粗糙度ε在0.0015～0.0600mm的范圍內(nèi)。在計算時可當做光滑導(dǎo)管，所以在對管路沿程摩擦阻力系數(shù)λ進行確定的過程中，需要依照雷諾數(shù)Re的實際大小進行確定，與導(dǎo)管的絕對粗糙程度沒有較大的關(guān)系。

在進行計算使需要輸入的條件包括：100mm內(nèi)徑導(dǎo)管的實際長度L1為4500mm；40mm內(nèi)徑的導(dǎo)管長度L2為710mm；P=784.2kg/m3為燃油密度；流量Q為600L/h；運動粘度V=0.85×10-6m2·s-1。

所以燃油系統(tǒng)的摩擦阻力是：

式中：局部阻力為Pa；v0是局部阻力定性流速，單位m/s；燃油密度為ρ，kg/m3；局部阻力系數(shù)是ζ。

局部阻力系數(shù)的具體取值為：90°彎管ζ1為0.21×8，2為0.05×8；3為-3.5×2；單向閥ζ4為1.7；防火開關(guān)ζ5為0.05；燃油濾ζ6為1.5。

油庫來油壓力為Pf

航空汽油當中的飽和蒸氣壓，計算公式為：

4 試車臺燃油系統(tǒng)發(fā)展趨勢

4.1 供油壓力可調(diào)

系統(tǒng)的供油壓力可以進行調(diào)節(jié)，可在來油壓力沒有變化的狀態(tài)下，將系統(tǒng)內(nèi)部的供油壓力進行調(diào)整，使其達到需要的范圍，不同類型的發(fā)動機在試驗狀態(tài)下進行試車時，可應(yīng)用相同系統(tǒng)調(diào)整來油壓力。

4.2 燃油流量測量準確

應(yīng)用精度不同的流量計進行燃油流量分段測量。2個量程相同的流量計串聯(lián)互相進行校準，在對2個測量值進行對比分析時，如差值在允許的范圍當中，可對測量值進行處理之后將其輸出。

4.3 模塊化設(shè)計及組合

應(yīng)用模塊化進行設(shè)計，可將系統(tǒng)分為不同的功能模塊，結(jié)合不同的模塊進行調(diào)試和安裝。在對橇裝式進行組裝之后，對其進行整體性聯(lián)調(diào)和發(fā)運。在施工現(xiàn)場只能對管道進行安裝和調(diào)試，其成本并不高。安裝和調(diào)試的時間比較短，成本比較低。

4.4 電液伺服環(huán)調(diào)壓

應(yīng)用電液伺服閉環(huán)調(diào)壓技術(shù)，可保障系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)精準程度，確保工作的穩(wěn)定進行，使發(fā)動機在燃油消耗狀態(tài)不同的情況下，也能將供油壓力進行穩(wěn)定。這樣便不會產(chǎn)生因為供油壓力的波動對發(fā)動機工作穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，使得發(fā)動機工作狀態(tài)更加穩(wěn)定。

4.5 測控一體化

燃油系統(tǒng)連接著發(fā)動機電氣控制，如果系統(tǒng)產(chǎn)生了故障，可使燃油供油并自動改變發(fā)動機狀態(tài)，最大程度保障發(fā)動機設(shè)備的安全性。

5 結(jié)語

根據(jù)相關(guān)的分析可知發(fā)電機試車故障停車的原因主要包括。

（1）夏季溫度比較高、氣壓低，發(fā)動機在地面進行小功率長時間的運作時，因為發(fā)動機燃油泵產(chǎn)生的攪拌熱導(dǎo)致燃油泵前燃油溫度升高，加之低氣壓狀態(tài)下試車間氣流速度低、周圍大氣溫度高，不利于燃油熱量外散。

（2）試車臺操作人員在慢車狀態(tài)結(jié)束后進入暖機狀態(tài)前未將臺架燃油系統(tǒng)流量計從小流量計測量切換至大流量計測量，發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升引發(fā)的燃油流量增加，導(dǎo)致臺架燃油系統(tǒng)壓損增加，發(fā)動機燃油泵入口壓力降低。

發(fā)動機燃油泵產(chǎn)生的攪拌熱加之散熱不良導(dǎo)致發(fā)動機燃油泵前燃油溫度快速升高，燃油流量計未切換加之系統(tǒng)燃油流量增加導(dǎo)致發(fā)動機燃油泵前燃油壓力下降。當燃油系統(tǒng)管路當中的油壓低于該溫度下燃油的飽和蒸汽壓時，在油庫供油壓力狀態(tài)下燃油中溶解的空氣處于游離的狀態(tài)，產(chǎn)生空氣泡，與燃油汽化共同產(chǎn)生燃油蒸汽，并在燃油管路當中逐漸聚集。燃油系統(tǒng)管路低壓產(chǎn)生的油氣泡占據(jù)臺架燃油系統(tǒng)管道空間，部分氣泡進入發(fā)動機燃油系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速擺動。伴隨油氣泡增加，使得燃油系統(tǒng)管路燃油減少、氣泡增加，快速發(fā)生氣塞問題。供油管路出現(xiàn)堵塞，發(fā)動機供油不足，導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速擺動、渦輪后排氣溫度擺動，嚴重時可導(dǎo)致停車現(xiàn)象產(chǎn)生。

因此需要提升發(fā)動機在高溫環(huán)境下的地面穩(wěn)定性，對燃油系統(tǒng)做出相應(yīng)的改進。例如將臺架燃油流量計工作狀態(tài)與發(fā)動機狀態(tài)連鎖，小流量計工作狀態(tài)時發(fā)動機無法達到暖機以上狀態(tài)；提高試車臺架燃油系統(tǒng)報警壓力，報警觸發(fā)時通過聲光電方式多維度提醒操作人員。只有采取合理有效的措施，才能保證后期在進行發(fā)動機試車時，在試驗條件相同的狀態(tài)下，使發(fā)動機試驗順利實施，消除類似故障。