航空发动机高压转子转速摆动故障探索与排除

航空发动机高压转子转速摆动故障探索与排除

郭刚

中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 辽宁 沈阳 110043

摘要：航空发动机可以说是飞机的心脏，在正常运行过程中，油门杆所控制的高压转子转速的变化情况对于飞机的正常飞行有着重要的作用。一旦高压转子转速发生摆动的现象，就很容易影响到飞机的整体飞行安全。本文将以高压转子转速控制的原理展开分析，并阐述不同因素对其摆动故障的影响，通过故障机理的剖析来进行故障排查，并进行外场验证，以使得故障排查更加彻底，促进故障更好地被解决，保证飞行安全。

关键词：航空；发动机；高压转子；转速摆动；故障排除

一、高压转子转速摆动故障简介

航空发动机在运行过程中通常需要对其转子转速进行一个良好的控制，以保证飞行安全，而对转速的控制一般由油门杆进行控制，如果油门杆处于停止状态，而且进气温度并未发生变化的情况下，转子速度需保持在一定的稳定状态则说明是正常运行的。当油门杆处于静止状态，而其转速发生较大波动，此时就很容易引起其他参数不稳定的情况，进而发生运行故障。例如低压转子转速不稳定、排气温度波动较大等情况。而此类故障往往会引发发动机推力产生波动或机体的稳定性下降等问题，当发生这种情况时，座舱中的人员也会明显感受到推力的变化，严重影响了飞机行驶的安全性。

二、高压转子转速测量与控制的原理

通常情况下，我们将高压转子转速作为衡量航空发动机工作状态的重要因素之一，它不仅能够反映出发动机控制干流的调节品质，还有助于各个部件的匹配情况进行检测。在测量过程中，传感器会将转速转换为便于识别的频率信号，再对该信号的运行周期进行测量与记录，进而得出相应的高压转子转速。通过分析转速传感器的工作原理可知，当导磁体进行旋转时，转速传感器的齿轮会穿过磁铁两极之间的空隙，促使磁阻与磁通产生周期性变化，通过测量可知，其频率和幅值与轴转速的交流电压信号均成正比，此时由测量模块将发动机转速显示出来，便于人员识别。

高压转子的转速通常是被设定好的，在运行过程中，转速调节器会自动按照设定好的速度运行与保持，并依赖于进气温度传感器来更对燃烧室的供油量进行调节。燃油供油量通常会受到计量开关的位置的影响，同时还受到了离心调节器以及综合电子调节器的控制。离心调节器在运行过程中经常会受到离心力与弹簧的影响，通常情况下，摆锤活门会有一个标准位置，当位于该位置范围内时，便能够维持稳定的工作状态，当与该位置的差别较大时，就需要通过更改放油孔口的面积来调节其燃油压力值，从而达到控制供油量的目的，当转速恢复平衡状态时，则本阶段的控制过程结束。另外，主燃油泵调节器也能够对转速有一定的控制作用，其控制过程通常还会涉及其进口温度传感器，并借助型面凸轮来对转速进行调整。当燃油温度波动幅度较大时，为了维持其转速的稳定，则可以借助温度补偿器进行调整，此时综合电子调节器会根据占空比来控制供油量。

三、高压转子转速摆动故障的原因分析

本文将以某型号航空发动机为例进行实际的分析与检查，该发动机在飞行以及地面测试时均出现了转速摆动的情况，摆动幅度已经超出相关标准。

1、造成高压转子转速摆动的因素

通过综合分析该发动机的控制原理可知，在对其高压转子转速进行控制的过程中应该对其油门以及进气温度进行适当的调节，以此来控制主燃油流量，从而使得发动机的推力能够保持在稳定的状态下，使其符合相关标准与变化规律。首先，进口温度的调节通常是需要借助进口温度附件的，当该附件发生故障时，则会造成严重的测量误差，而这种误差往往会干扰其安装进气温度对转速的调整过程，进而引发摆动现象。其次，综合电子调节器对于高压转子转速摆动的控制也是十分关键的。在发动机运行过程中，由于供油量受到了综合电子调节器的指令的影响，当该指令发生异常时，会造成供油量的变化，进而造成转速摆动。最后，当主燃油泵调节器工作状态出现异常时，也会造成转速的摆动现象。主泵进口油压的波动幅度较大，同时又低于允许最小进口燃油压力时，通常会造成其内部的温度补偿片未能及时做出反应，此时便会发生转速的摆动。

除此之外，在转速调节系统中，计量装置的异常往往会导致其定压差产生变化，致使其计量燃油量改变，此时也会造成转速摆动的情况。在航空发动机运行过程中，当摆锤活门发生异常时，必然会导致其控制灵敏度降低，进而造成转速摆动现象。另外，当加速控制器发生异常还会造成无法退出工作状态的稳态，此时则会造成与转速调节器耦合控制的现象，进而对系统的稳定性造成影响。

2、对故障因素的分析

通过以上分析可以得出，转速摆动与进口温度感受附件、燃油系统以及转速调节系统等有着直接的关系。在进行场外测试过程中，检测到其主、副温包指令压力以及其稳定放油压力均处于稳定状态，而且也并未发生滞涩的现象，固可以排除指令压力异常波动以及计量装置异常故障。该发动机所使用的主泵属于齿轮泵，当容积泵进口压力发生波动时，也不会对泵后的压力造成较大的影响，而且在飞行状态下，检测其参数中并未出现燃油超温告警，其油温变化幅度仍处于合理范围内，由于温度信号的惯性比较大，发生突变的可能性较小，所以基本可以排除主泵进口油压异常和主泵进口油温异常的故障。与此同时，通过对该发动机的相关资料进行查阅与分析可知，该发动机的主泵出厂时的摆锤活门灵敏度为0.1%，而且测试结果显示摆锤内腔压力处于正常状态，这就可以排除摆锤活门工作异常故障。此外，检测人员还在测试过程中对综合电子调节器实施了断电检查，发现仍存在转速摆动现象，这就能够排除占空比指令异常、消喘指令异常以及大车重调指令异常故障。

通过故障分析可知，要想准确分析出影响该发动机高压转子转速摆动的原因，需要对其加速控制器进行检测，如果加速性比较慢，那么在稳定状态下仍然会发生无法退出工作的情况，致使耦合控制的问题无法得到有效解决，从而影响系统的整体稳定性。

3、检查验证

在进行飞行测试的过程中对摆动幅度较大的发动机的飞行参数进行分析可以发现，其加速时间比较长，而通过对其加速钉进行调整，使其处于合理的范围内，此时在对其进行飞行试验与试车试验可以发现，该发动机的高压转子转速处于稳定运行状态，而且随着运行时间的延长并未发生波动现象。另外，在飞行测试时对其推力进行验证，操作者并未感受到推力脉动。由此可知，上述故障排除是较为准确的，能够解决发动机高压转子转速摆动故障。

总结

综上所述，高压转子转速的稳定运行，不仅有助于保持良好的发动机推力，还有助于维护整机的稳定性，促进飞行安全性的提升。通过以上对发动机转子转速摆动故障进行的分析与排查可知，造成转子转速摆动的主要原因就是因加速性偏慢而导致加速控制器无法退出工，进而造成耦合控制的局面，经过调整与试验后，可以将故障进行排除，呈现出良性工作状态。

参考文献：

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[2]王段,杨宏,黎强.某型航空发动机主油路压力摆动故障分析[J].航空维修与工程,2022(4).

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