■ 吳騰飛 韓振超 王謙 張國(guó)紅 唐建根 彭文杰/

1成都航利（集團(tuán)）實(shí)業(yè)有限公司 2空裝成都局某軍事代表室

0 引言

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)為軍用雙轉(zhuǎn)子加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，尾噴管采用超聲速收擴(kuò)噴管。噴管的臨界界面面積決定于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的變化，由噴口控制系統(tǒng)全狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工作狀態(tài)下的噴口位置。該型航空發(fā)動(dòng)機(jī)噴口控制系統(tǒng)采用的是帶液壓機(jī)械備份的全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)，涉及輸入輸出參數(shù)多，包含電子電器元件、液壓執(zhí)行元件，噴口過程控制復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中噴口控制系統(tǒng)故障頻發(fā)。噴口控制異常將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、推力不穩(wěn)定，影響飛行安全。

1 噴口臨界界面面積控制原理

數(shù)控系統(tǒng)正常工作時(shí)，由全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)完成噴口臨界界面面積控制（見圖1）；數(shù)控系統(tǒng)故障時(shí)，由液壓機(jī)械備份控制系統(tǒng)完成噴口臨界界面面積控制（見圖2）。

圖1 噴口數(shù)控狀態(tài)控制邏輯圖

圖2 噴口備份狀態(tài)控制原理圖

1.1 數(shù)控狀態(tài)控制原理

中間狀態(tài)以下狀態(tài)的噴口控制采用開環(huán)加增穩(wěn)的控制方式，由N1和T1按照調(diào)節(jié)計(jì)劃計(jì)算出Lndem，通過“開環(huán)/閉環(huán)模式選擇”模塊提供給控制器PID控制算法?？刂破鞲鶕?jù)當(dāng)前的Lndem輸入計(jì)算出所需的PWM，通過驅(qū)動(dòng)電路提供給高速電磁閥來控制分油活門，通過分油活門的放大驅(qū)動(dòng)作用控制噴口作動(dòng)筒，從而達(dá)到控制噴口面積的目的。

中間及以上狀態(tài)的噴口控制按πT＝f(T1)的規(guī)律進(jìn)行閉環(huán)控制。由T1按照此規(guī)律得到ΔπT，提供給PID控制算法得出Lndem，同時(shí)T1和限速后的PLA經(jīng)A8前饋放大K倍后得出ΔLndem，二者相加后提供給Ln小閉環(huán)內(nèi)的PID控制算法?？刂破鞲鶕?jù)當(dāng)前的Lndem輸入計(jì)算出所需的PWM并通過驅(qū)動(dòng)電路提供給高速電磁閥，通過它來控制分油活門，從而改變有桿腔和無桿腔的壓力，使得噴口動(dòng)作。為防止發(fā)動(dòng)機(jī)喘振，加力狀態(tài)噴口面積最小值不會(huì)小于前饋線。

1.2 備份狀態(tài)控制原理

轉(zhuǎn)為機(jī)械液壓備份控制時(shí)，電調(diào)/備份活門壓力油供向轉(zhuǎn)換活門，噴口控制電磁閥斷電，關(guān)閉該控制油路，分油活門控制腔壓力由定ΠT調(diào)節(jié)器的噴嘴擋板活門控制，可實(shí)現(xiàn)噴口控制的平穩(wěn)過渡。

當(dāng)油門桿位置大于62°時(shí)，油門桿上的開關(guān)關(guān)閉了慢車活門下端彈簧腔回油路，慢車活門在油壓力和彈簧力的作用下向上移動(dòng)，切斷了定壓油通往關(guān)斷活門的油路，節(jié)流狀態(tài)噴口控制活門退出工作，由落壓比控制器按P31、P6和T1變化控制噴口面積。

當(dāng)從最大狀態(tài)收油門，油門桿角度小于60°時(shí)，油門上的開關(guān)打開慢車活門下端彈簧腔的回油路，慢車活門向下端移動(dòng)，打開定壓油通往關(guān)斷活門右腔的油路，關(guān)斷活門左移使擋板活門開度減小，慢車活門下移，噴口面積關(guān)小為小噴口。

由于備份狀態(tài)無著陸收噴口功能，備份狀態(tài)下油門桿角度小于60°時(shí)均為小噴口，停車過程中放為大噴口。

2 噴口臨界界面面積控制系統(tǒng)組成

噴口臨界界面面積控制系統(tǒng)主要由用于狀態(tài)控制與監(jiān)控的數(shù)字電子控制器、用于執(zhí)行與備份控制的噴口加力調(diào)節(jié)器和用于參數(shù)測(cè)量的噴口角位移傳感器組成，如圖3所示。

圖3 噴口控制系統(tǒng)組成

2.1 數(shù)字電子控制器

1）工作原理

數(shù)字電子控制器采用硬件相似雙余度設(shè)計(jì)技術(shù)，由兩個(gè)完全相同的獨(dú)立數(shù)控通道組成。每個(gè)通道均包含輸入模塊、控制模塊、輸出模塊、總線接口模塊和電源模塊。兩個(gè)通道還共用一個(gè)故障切換模塊。

雙余度數(shù)字電子控制器采用一個(gè)通道主控、另一個(gè)通道處于熱備份狀態(tài)，即同時(shí)處在執(zhí)行同一個(gè)任務(wù)的熱運(yùn)行當(dāng)中的工作方式。這兩個(gè)通道通過數(shù)據(jù)接口相互交換信息。傳感器輸入信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，由CPU通過軟件進(jìn)行輸入信息的余度管理，取表決值進(jìn)行控制律計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果通過高速數(shù)據(jù)通信進(jìn)行通道之間的交叉數(shù)據(jù)傳輸，由軟件進(jìn)行輸出信息的余度管理。取表決值作為控制指令輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)噴口臨界界面面積的控制。

故障切換模塊用于實(shí)現(xiàn)通道/余度計(jì)算機(jī)之間故障的指示及故障切換。當(dāng)任一通道中的任一模塊出現(xiàn)故障時(shí)，能無擾動(dòng)地切換到與之相對(duì)應(yīng)的另一熱備份模塊代替工作，重構(gòu)系統(tǒng)。當(dāng)兩個(gè)同種功能的模塊均出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)字電子控制器退出工作，系統(tǒng)切換到液壓機(jī)械備份調(diào)節(jié)器工作。雙通道均正常時(shí)按輪轉(zhuǎn)方式主控（見圖4）。

圖4 雙通道數(shù)字式電子控制器原理圖

2）相關(guān)控制參數(shù)

噴口臨界界面面積的控制涉及的參數(shù)主要有：測(cè)量的T1、N1、N2、PLA、P31、P6、PWMLn作為控制器形成目標(biāo)值的輸入；測(cè)量的D8、Ln作為實(shí)際輸出值的反饋。具體參數(shù)特性見表1。

表1 相關(guān)參數(shù)

2.2 噴口加力調(diào)節(jié)器

1）噴口高速電磁閥

數(shù)字電子控制器根據(jù)位移給定和位移反饋的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)后輸出占空比信號(hào)，控制高速電磁閥的回油流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴口控制機(jī)構(gòu)分流活門的控制。系統(tǒng)平衡狀態(tài)時(shí)占空比值為某一固定值，該值被稱為平衡占空比，通常為50%±8%。在控制器PI固定的情況下，進(jìn)出口油嘴、高速電磁閥之間需要具有一定的匹配關(guān)系，才能保證控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

2）噴口控制活門組件

噴口控制活門組件的功能是按發(fā)動(dòng)機(jī)不同狀態(tài)的控制規(guī)律，通過上腔燃油壓力的變化，調(diào)節(jié)噴口控制活門組件的相對(duì)位置，依據(jù)輸入的活門相對(duì)襯套的位移量將噴口油源泵后壓力分配輸出到噴口作動(dòng)筒的兩腔，改變進(jìn)入液壓作動(dòng)筒有桿腔和無桿腔的燃油流量，實(shí)現(xiàn)噴口臨界界面面積的控制。噴口控制活門組件屬于控制執(zhí)行組件，在數(shù)控與備份控制時(shí)均進(jìn)行工作。

2.3 噴口角位移傳感器

噴口角位移傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)噴口反饋系統(tǒng)中，與數(shù)字電子控制器中的噴口直徑測(cè)量電路完成噴口直徑D8的測(cè)量，角度測(cè)量范圍為±40°。

3 故障模式分析與故障排查流程圖

通過對(duì)噴口臨界界面面積控制原理和組成的分析，建立噴口控制異常故障樹（見圖5），梳理各故障對(duì)應(yīng)的部附件及部附件可能存在的故障，再根據(jù)故障模式分析結(jié)果制訂排故流程圖，如圖6～圖9所示。

圖5 噴口臨界界面面積控制異常分析故障樹

圖6 噴口調(diào)節(jié)通道故障排除程序

圖7 pit擺動(dòng)故障排除程序

圖8 噴口控制擺動(dòng)故障排除程序

圖9 備份噴口控制異常故障排除程序

4 結(jié)束語

本文通過系統(tǒng)分析某型發(fā)動(dòng)機(jī)噴口控制系統(tǒng)各功能模塊的工作原理以及控制特性，為發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)噴口臨界界面面積控制異常故障時(shí)的排除方法與故障定位提供了可借鑒的思路及方法，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的使用及維護(hù)，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)與軍事效益。