關(guān)世超

摘? 要：自飛機(jī)問(wèn)世以來(lái)，螺旋槳就是飛機(jī)上不可缺少的動(dòng)力裝置，雖然動(dòng)力并非螺旋槳產(chǎn)生，而是由發(fā)動(dòng)機(jī)消耗化石燃料使活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)曲軸后帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，但目前通用航空而言，螺旋槳的作用無(wú)可替代。作為飛機(jī)上動(dòng)力裝置的核心部件之一，深入理解并分析螺旋槳工作原理和故障現(xiàn)象，有利于保障航空器正常運(yùn)行和機(jī)務(wù)人員以及駕駛員正常開展維護(hù)和飛行訓(xùn)練任務(wù)，應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況時(shí)更加合理處理特情的作用也十分明顯。該文通過(guò)對(duì)螺旋槳和相關(guān)部件的電路與油路系統(tǒng)分析，結(jié)合日常故障表現(xiàn)和定檢維護(hù)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)螺旋槳進(jìn)行深入的分析，同時(shí)為相關(guān)工作人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：螺旋槳? 調(diào)速器? 順槳? 回槳

中圖分類號(hào)：V267? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）05（a）-0068-03

Abstract： Since the advent of the aircraft， the propeller is an indispensable power device on the aircraft. Although the fundamental power is not generated by the propeller， but by the engine consuming fossil fuel to make the piston do reciprocating motion to drive the crankshaft and then drive the propeller to rotate， there is no place for the general aviation aircraft without propeller， and its role is irreplaceable. As one of the core components of the aircraft power plant， in-depth understanding and analysis of the working principle and fault phenomenon of the propeller is conducive to ensuring the normal operation of the aircraft and the normal maintenance and flight training tasks of the maintenance personnel and pilots. It is also very important to deal with the emergency situation more reasonably. In this paper， through the analysis of the circuit and oil system of the propeller and related components， combined with the daily fault performance and the problems found in the regular inspection and maintenance， the propeller is deeply analyzed， and some reference is provided for the relevant staff.

Key Words： Propeller; Governor; Feathering; Recovery

螺旋槳作為飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的重要組成部分，參與飛機(jī)大多數(shù)工作過(guò)程。其產(chǎn)生的牽引力是飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵之一，包括飛機(jī)滑行、起飛、巡航和落地全程?，F(xiàn)代大量通用航空器都配備一個(gè)或數(shù)個(gè)螺旋槳，其槳葉有2片、3片和4片不等。隨著航空器的發(fā)展，螺旋槳也從不可變距（定距）發(fā)展到可變距，解決了定距螺旋槳只能在選定的速度范圍內(nèi)效率較高，在其他狀態(tài)下效率較低的矛盾。該文DA42NG飛機(jī)螺旋槳就是可變距螺旋槳，其變距依靠螺旋槳自身配重、彈簧、活塞、槳缸、調(diào)速器、回槳儲(chǔ)壓氣共同作用，進(jìn)行變距，以解決定距螺旋槳高、低速性能的矛盾，同時(shí)穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。該文從DA42NG飛機(jī)螺旋槳組成與功能分析觸發(fā)，結(jié)合飛行訓(xùn)練和定檢維護(hù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，分析其工作原理并實(shí)踐相應(yīng)故障排除方法。

1? DA42NG飛機(jī)螺旋槳變距系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 螺旋槳電路系統(tǒng)及工作原理

螺旋槳槳葉在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)力：一個(gè)是牽拉槳葉向前的空氣動(dòng)力，另一個(gè)是由槳葉扭角向后推動(dòng)空氣產(chǎn)生的反作用力[1]。由于前槳面與后槳面的曲率不一樣，在槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣流對(duì)曲率大的前槳面壓力小，而對(duì)曲線近與平直的后槳面壓力大，因此形成了前后槳面的壓力差，這個(gè)壓力差產(chǎn)生一個(gè)向前拉槳葉的空氣動(dòng)力。另一個(gè)牽拉飛機(jī)的力，是由槳葉扭角向后推空氣時(shí)產(chǎn)生的反作用力而得來(lái)的[2]。槳葉與發(fā)動(dòng)機(jī)軸呈直角安裝，并有扭角。在槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)靠槳葉扭角把前方的空氣吸入，并給吸入的空氣加一個(gè)向后推的力，這個(gè)推力的反作用力也是牽拉飛機(jī)向前的動(dòng)力之一。這兩個(gè)的合力就是牽引飛機(jī)向前的總空氣動(dòng)力。為了在不同轉(zhuǎn)速下螺旋槳都保持較高效率，因此螺旋槳需要變距。

當(dāng)LH ECU BUS（左ECU匯流條）上電后，電流經(jīng)過(guò)ECU A斷路器和24360A20線進(jìn)入ENGINE MASTER LH（左發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)），當(dāng)開關(guān)在OFF位時(shí)，F(xiàn)EATHER RELAY LH（左順槳電磁閥繼電器）線圈通電，繼電器吸合。雖然繼電器吸合[3]，但ECU A和ECU B沒有為順槳電磁閥供電，順槳電磁閥沒有打開。ECU A與ECU B不會(huì)同時(shí)給順槳電容通電，在EECU的控制下，ECU A和ECU B其中只有一個(gè)在工作，另一個(gè)處于熱備份狀態(tài)（熱備份狀態(tài)即監(jiān)控傳感器來(lái)的各種信號(hào)，但不控制相關(guān)作動(dòng)器作動(dòng)，當(dāng)正在工作的ECU因故障停止工作時(shí)，處于熱備份的ECU可以立即參與工作，不至于空中停車），EECU監(jiān)控兩個(gè)ECU工作時(shí)長(zhǎng)，使兩個(gè)ECU的工作時(shí)間趨于相同。此時(shí)螺旋槳電磁因上次通電和啟動(dòng)鎖閉鎖緣故，沒有完成順槳，但此時(shí)槳葉角略大于回槳槳葉角。圖1到圖5分別是發(fā)動(dòng)機(jī)主開關(guān)、順槳繼電器、順槳電容、順槳電磁閥和回槳電磁閥。

當(dāng)左發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)在ON位時(shí)，螺旋槳的回槳電磁閥打開，順槳電磁閥關(guān)閉，ECU給47 000UF/40 V電容充電，此時(shí)螺旋槳可以回槳。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)再次搬動(dòng)至OFF位時(shí)，ECU斷電，但電容放電使順槳電磁閥打開[4]。右發(fā)動(dòng)機(jī)與左發(fā)動(dòng)機(jī)電路圖相同。

1.2 螺旋槳變距油路系統(tǒng)及工作原理

以左螺旋槳為例，當(dāng)飛機(jī)正常斷電，且左發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)正常關(guān)閉時(shí)，因螺旋槳槳缸彈簧的力量，螺旋槳趨于順槳狀態(tài)。但由于螺旋槳上啟動(dòng)鎖未開啟，啟動(dòng)鎖抑制螺旋槳順槳，強(qiáng)制使其保持在接近回槳的位置。當(dāng)飛機(jī)正常通電，左發(fā)動(dòng)機(jī)電門打開時(shí)，回槳電磁閥打開，回槳儲(chǔ)壓存儲(chǔ)的滑油壓力經(jīng)回槳電磁閥傳遞到螺旋槳槳缸，其壓力抵消槳缸彈簧的彈力使螺旋槳從接近回槳轉(zhuǎn)動(dòng)到回槳狀態(tài)，此時(shí)螺旋槳沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋槳配重?zé)o法配合槳缸彈簧工作。此時(shí)螺旋槳的狀態(tài)有利于發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳啟動(dòng)。啟動(dòng)成功后，當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)速達(dá)到1 300 r/min，螺旋槳啟動(dòng)鎖打開，螺旋槳配重在離心力作用下和槳缸彈簧共同作用使螺旋槳順槳，但順槳電磁閥關(guān)閉，回槳電磁閥打開，ECU控制由調(diào)速器將齒輪箱中滑油以一定壓力傳遞到螺旋槳槳缸，當(dāng)滑油壓力和螺旋槳配重與槳缸彈簧形成的最終合力為0時(shí)[5]，螺旋槳槳葉角保持恒定。不同的螺旋槳轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)不同螺旋槳槳缸滑油壓力，螺旋槳槳缸活塞前后運(yùn)動(dòng)，因此槳葉角隨著活塞位置的改變而改變。特殊情況下，槳葉角會(huì)調(diào)整，如大風(fēng)時(shí)，螺旋槳轉(zhuǎn)速因大風(fēng)速度增加，此時(shí)配重在高轉(zhuǎn)速下離心力增大，使槳缸彈簧力量增大，螺旋槳槳葉角變大，使螺旋槳“重槳”，螺旋槳轉(zhuǎn)速降低。從而降低了由風(fēng)速造成的螺旋槳轉(zhuǎn)速的增大，使螺旋槳轉(zhuǎn)速保持恒定。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)慢車時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)，回槳電磁閥關(guān)閉，順槳電磁閥打開，在螺旋槳槳缸彈簧的作用下，螺旋槳槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)至順槳位。此時(shí)再將發(fā)動(dòng)機(jī)電門打開，順槳電磁閥關(guān)閉，回槳電磁閥打開，螺旋槳槳葉角在回槳儲(chǔ)壓器壓力作用變小，螺旋槳回槳。螺旋槳達(dá)到回槳狀態(tài)后，啟動(dòng)鎖再次閉鎖，即使此時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)，螺旋槳槳葉在啟動(dòng)鎖限制下依舊無(wú)法順槳，其表現(xiàn)為在回槳槳葉角往順槳方向稍稍變動(dòng)后停止。

2? 螺旋槳變距系統(tǒng)故障及解決方案

在定檢維護(hù)過(guò)程中，出現(xiàn)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)扳至關(guān)閉位，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)車，螺旋槳無(wú)法順槳的故障情況時(shí)，機(jī)務(wù)人員首先考慮螺旋槳本身存在故障，導(dǎo)致無(wú)法順槳，拆下螺旋槳，人工打開啟動(dòng)鎖后螺旋槳順暢順槳，排除螺旋槳本身故障;后判斷調(diào)速器故障，螺旋槳槳缸中的滑油無(wú)法回流至減速齒輪箱，更換調(diào)速器，故障依舊;重新分析電路圖，認(rèn)為與順槳電磁閥并聯(lián)的電容存在故障可能，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是電容故障。電容故障會(huì)導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間ECU無(wú)法為順槳電容充電，電容沒有電和積累。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停車后，因順槳電磁閥沒有電能，順槳電磁閥無(wú)法打開，螺旋槳不能順槳。更換此電容后，恢復(fù)順槳功能[6]。

3? 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代民用飛行器設(shè)計(jì)愈加復(fù)雜，集成性越來(lái)越高。螺旋槳變距系統(tǒng)也由人為控制逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦泳_、響應(yīng)更加迅速的電腦控制。為了滿足高強(qiáng)度維護(hù)工作的需要，對(duì)螺旋槳及其控制原理的深入理解十分必要。除了以上故障，日常維護(hù)還應(yīng)注意系統(tǒng)內(nèi)漏與外漏導(dǎo)致的故障現(xiàn)象，相比內(nèi)漏，外漏更加容易發(fā)現(xiàn)，故障痕跡更加明顯，全面理解螺旋槳變距系統(tǒng)工作原理是保證飛行安全的基礎(chǔ)之一。因?yàn)闀r(shí)間和筆者能力有限，該文不再深入探討DA42NG飛機(jī)螺旋槳相關(guān)工作系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 邢琳琳.飛行原理[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2016：155.

[2] 吳晶峰，宋建宇，候小宇，等.民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航要求解讀（集成審定）[M].北京：航空工業(yè)出版社，2019：201.

[3] 殷瑞祥.電路分析原理與電子線路基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2020：55.

[4] 段榮霞.Altimu Designer 20標(biāo)準(zhǔn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2020：132.

[5] 陳冠旭，趙立杰，李淑萍，等.通用航空領(lǐng)域復(fù)合材料制備工藝的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（20）：8-10，256.

[6] 熊曉倩.嵌入式系統(tǒng)傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（20）：1-2，5.