楊宏 王段

摘要：針對(duì)一起收推油門時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不跟隨故障，在返廠檢查的基礎(chǔ)上，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，逐項(xiàng)分析了轉(zhuǎn)速不隨動(dòng)、輸出溫度控制壓力差高、膜片裂紋的故障機(jī)理，找出了故障原因，并提出了改進(jìn)措施及建議。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速；不隨動(dòng)；溫度控制壓力；膜片；裂紋

Keywords：speed；not following；temperature control pressure；diaphragm；crack

1 故障描述

一架某型飛機(jī)跨晝夜飛行時(shí)出現(xiàn)收推油門發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不跟隨故障，飛行員沿就近路線返場，正常放起落架，建立迫降航線著陸。下滑過程中，飛行員收油門減速，此時(shí)n2轉(zhuǎn)速在最大狀態(tài)，收油門至慢車，轉(zhuǎn)速仍無變化?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主膜盒式溫度傳感器存在輸出溫度控制壓力差高故障。

2 故障定位

2.1 產(chǎn)品基本情況

該型飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)配裝有主、副兩個(gè)膜盒式溫度傳感器（TDK），用以感受發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度T01，將之轉(zhuǎn)換為油壓信號(hào)（溫度控制壓力），通過切換活門送往主泵調(diào)節(jié)器，同時(shí)溫包提供的穩(wěn)定回油壓力也送往主泵調(diào)節(jié)器，形成溫度控制壓力差△Pk，并按此調(diào)節(jié)和控制發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)TDK故障，輸出溫度控制壓力低于正常值時(shí)，可通過切換活門自動(dòng)切換到（或保持）正常TDK控制發(fā)動(dòng)機(jī)，并報(bào)出TDK報(bào)故信號(hào)（見圖1）。

2.2 返廠檢查情況

故障TDK返廠性能錄取檢查，確認(rèn)其存在輸出溫度控制壓力差高故障（見圖2）。

因帶溫包的殼體為整體焊接件，為查找內(nèi)部泄漏點(diǎn)，對(duì)故障TDK帶溫包的殼體進(jìn)行線切割，取出膜片在體式顯微鏡、電鏡下進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)膜片上有一條長約1.5mm、寬約0.011mm的裂紋（見圖3、圖4）。

3 機(jī)理分析

3.1 轉(zhuǎn)速不隨動(dòng)故障機(jī)理分析

根據(jù)性能錄取結(jié)果，故障TDK輸出溫度壓力差不隨發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度變化，且始終保持在16kg/cm2左右，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)主燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)誤判發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度T01大于200℃。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)計(jì)劃（見圖5），當(dāng)T01超過137℃后，慢車及節(jié)流狀態(tài)控制計(jì)劃使n2物理轉(zhuǎn)速保持在97±2%，其他參數(shù)按各自控制計(jì)劃調(diào)節(jié)。

發(fā)動(dòng)機(jī)主、副TDK不是在任何故障模式下都互為備份，TDK故障后對(duì)應(yīng)的輸出油壓將發(fā)生變化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循“油壓高選”原則。當(dāng)一個(gè)TDK故障，輸出油壓低，壓差超過規(guī)定值，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出故障信號(hào)，并切換至正常TDK輸出的油壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果輸出油壓高，壓差超出規(guī)定值，發(fā)動(dòng)機(jī)將輸出故障信號(hào)，為了保持發(fā)動(dòng)機(jī)推力，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)采用故障TDK輸出的高油壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持大轉(zhuǎn)速，此時(shí)推收油門轉(zhuǎn)速就不會(huì)隨動(dòng)。

3.2 輸出溫度壓力差高故障機(jī)理分析

根據(jù)膜盒式溫度傳感器工作原理（見圖6），正常工作時(shí)，螺旋毛細(xì)管將感受到的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度T01轉(zhuǎn)換成膜片相應(yīng)的位移量，調(diào)節(jié)控制活門的回油開度，對(duì)定壓油進(jìn)行分壓，形成與T01一致的溫度控制壓力差△Pk。

若定壓油串入螺旋毛細(xì)管密閉腔，將使膜片恢復(fù)關(guān)小控制活門回油路狀態(tài)，致使溫度控制壓力差△Pk升高，直至達(dá)到最大值16kg/cm2左右，相當(dāng)于輸出發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度在200 ℃以上的△Pk，即發(fā)動(dòng)機(jī)按照進(jìn)氣溫度200 ℃以上進(jìn)行控制。

3.3 膜片裂紋故障機(jī)理分析

1）膜片安裝結(jié)構(gòu)分析

如圖7所示，膜片壓裝在支承上，在a位置沿圓周采用接觸焊、滾焊（寬度1 mm）的方式焊接固定，與受熱器組合后，在b位置沿圓周采用電阻焊的方式焊接固定，再與帶螺栓的法蘭盤組合，在c位置沿圓周采用電阻焊的方式焊接固定。因此，膜片焊接于殼體內(nèi)部，由于帶溫包的殼體為焊接件不可分解，無法直接檢查其內(nèi)部的膜片狀態(tài)，按大修指導(dǎo)規(guī)定，只能通過對(duì)TDK進(jìn)行性能試驗(yàn)來檢查確認(rèn)膜片當(dāng)前狀態(tài)。

2）有限元仿真分析

對(duì)膜片進(jìn)行受力分析，首先對(duì)膜片分別施加一個(gè)法向的均值過載（見圖8）。由有限元分析可見，兩種情況下應(yīng)力較大區(qū)域均集中在膜片環(huán)狀波紋處?？梢姡诎l(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或停車過程中，膜片由于所受油液壓力急劇變化打破平衡狀態(tài)，會(huì)對(duì)膜片環(huán)狀波紋處產(chǎn)生重復(fù)應(yīng)力集中。取應(yīng)力最大5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析，最大應(yīng)力點(diǎn)隨機(jī)分布于膜片最內(nèi)側(cè)環(huán)狀波紋處（見圖9）。

參照膜片裂紋發(fā)生位置，分別在模型上切一個(gè)與實(shí)際膜片裂紋位置和方向相近的缺口（深0.02mm×長0.5mm），并施加一個(gè)法向集中力（10N），然后進(jìn)行仿真分析。分析表明，存在損傷缺陷時(shí)應(yīng)力最大值的4個(gè)位置均位于模擬切口處，存在集中力時(shí)應(yīng)力最大值的5個(gè)位置均位于設(shè)置集中力處（見圖10）。得到結(jié)論：當(dāng)膜片在最內(nèi)側(cè)環(huán)狀波紋處存在損傷或集中力時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或停車過程中，由于膜片油液一側(cè)壓力急劇變化，導(dǎo)致應(yīng)力在損傷或集中力處集中。

裂紋位置位于膜片最內(nèi)側(cè)環(huán)狀波紋處（見圖11），裂紋沿徑向擴(kuò)展，長度約為1.5mm；人工打開該裂紋，在膜片斷口上可見疲勞特征，疲勞裂紋產(chǎn)生原因可能與膜片受異常應(yīng)力或膜片材質(zhì)缺陷有關(guān)。

根據(jù)有限元仿真分析結(jié)果，當(dāng)膜片處于正常工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)力較大區(qū)域均集中在膜片環(huán)狀波紋段，應(yīng)力最大的5個(gè)點(diǎn)隨機(jī)分布在膜片最內(nèi)側(cè)環(huán)狀波紋處。由分析可知，若發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作直至膜片應(yīng)力集中區(qū)發(fā)生疲勞斷裂，其裂紋應(yīng)表現(xiàn)為沿環(huán)狀波紋周向發(fā)展，此種失效模式與本次膜片沿徑向裂紋的故障表征不一致。

當(dāng)膜片存在損傷或加工殘余應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力最大值從隨機(jī)分布狀態(tài)轉(zhuǎn)移至損傷或加工殘余應(yīng)力處集中，發(fā)動(dòng)機(jī)的起停將導(dǎo)致缺陷逐漸擴(kuò)大，最終貫穿膜片，其裂紋發(fā)展方向取決于損傷或加工殘余應(yīng)力的方向，此種失效模式符合已發(fā)生的兩起膜片裂紋故障表征。

根據(jù)膜片安裝結(jié)構(gòu)分析、有限元仿真及失效分析，認(rèn)為膜片裂紋故障的原因是膜片自身存在原始制造加工缺陷，裂紋是在使用過程中產(chǎn)生的。

4 改進(jìn)措施及建議

基于上述故障檢查分析結(jié)果，研究制定了性能檢測(cè)控制措施，增加膜盒式溫度傳感器TDK在全程指令壓力性能的穩(wěn)定性檢查，以及增加在加大回油壓力PT3時(shí)對(duì)穩(wěn)定放油壓力PT2的穩(wěn)定性檢查。同時(shí)，針對(duì)膜片原始制造加工缺陷，根據(jù)膜片安裝結(jié)構(gòu)，對(duì)外購帶溫包的殼體開展在裝用前的篩選檢測(cè)方法研究，包括：通過氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行膜片及螺旋毛細(xì)管缺陷或焊縫處的泄漏檢測(cè)；采用渦流探傷對(duì)膜片進(jìn)行檢測(cè)。

5 結(jié)束語

由膜盒式溫度傳感器TDK內(nèi)部膜片裂紋導(dǎo)致輸出溫度控制油壓差高的故障，n2轉(zhuǎn)速偏高，根據(jù)故障時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的n1、T4等參數(shù)推算，發(fā)動(dòng)機(jī)推力偏大，可保證飛機(jī)平飛返航，但會(huì)增加著陸過程的操作難度。若TDK故障導(dǎo)致輸出溫度控制油壓差低的故障，n2轉(zhuǎn)速偏低，但推油門轉(zhuǎn)速可隨動(dòng)，可通過推油門保證飛機(jī)返航著陸。因此，針對(duì)此類故障，在研究制定修理預(yù)防控制措施的同時(shí)，還應(yīng)開展該故障模式下的特情處置方法研究，并與部隊(duì)空地勤人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)交流。