摘要： 某发动机在飞行过程中时推力脉动，经分析认为喷口摆动是推力脉动的直接原因，通过喷口的控制原理进行分析，找到引起发动机喷口周期性变化的原因，从而快速排除此次故障。
关键词：航空发动机，推力脉动，故障诊断
1 引言
飞机要在不同的高度以不同的速度飞行，要求发动机为飞机提供相应的推力并适应不断变化着的环境，或在飞行中保持发动机的给定工作状态，或者按照所要求的规律改变工作状态，这就要求随时控制、调节发动机的供油量和各通道的几何参数，这些都要依靠发动机控制系统要完成[1]。对于涡轮喷气类型的发动机来说，涡轮后的燃气在尾喷管膨胀、加速，并以较大的速度从喷口中喷出，产生推力，发动机控制系统控制尾喷口出口临界面积，尾喷口出口临界面积的变化改变燃气气流速度，从而使发动机的推力发生变化。
2 故障现象
某发动机工作过程中出现推力脉动故障，主要表现在最大状态时，操纵者感觉到发动机推力存在明显的变化，通过机载显示仪观察到发动机的n2、T4参数存在的轻微摆动。从飞参数据中可看出，当油门杆进入最大状态后时，发动机喷口刻度值存在频率为1Hz、幅值为5个刻度正弦波动，n1、n2存在摆动量为2~3%的摆动，T4等参数随之有一定的摆动量为30℃左右。
通过分析，认为喷口周期性变化是该状态下发动机推力周期性（脉动）的变化的主要原因。
3 故障分析
某型号发动机为加力涡轮风扇发动机，其尾喷管是超音速、全状态的，临界截面积强迫调节，出口截面积气动调节的收扩喷管。喷管喉道面积的调节依靠独立的液压系统通过控制调节片位置实现。为了查找故障原理，从发动机的喷口的控制规律以及调节器的调节原理进行分析。
3.1 喷口的调节规律
发动机的尾喷口主要调节变化规律为发动机起动时，高压转子转速n2从0 到79%（换算转速）范围内，喷口在大喷口状态，以便于发动机的起动和低转速段的加速，同时减小起动最大温度；n2从79%（换算转速）到油门杆角度为62°时对应的转速，喷口保持在最小喷口状态，目的是增大发动机的推力；发动机油门杆角度超过为62°后，喷口进入πt 调节，保证发动机给定的πt值，非加力状态，喷口位置较最小喷口略放大，以利于可靠地接通加力的需要以及对发动机主机被调参数影响最小；接通加力过程，喷口由加力-喷口控制器按给定πt值控制，以保证在最大及以上状态有足够的推力，同时使风扇、压气机有足够的稳定裕度且发动机工作稳定等喷管截面面积调节器的控制规律。
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3.2 πt调节器的工作原理
喷口临界截面积主要由发动机的喷口-加力调节器进行控制，该调节器是集加力燃油控制和喷口控制于一身，具有完善的发动机状态控制功能的液压-机械式控制系统。喷口调节系统主要有两个调节器，即喷管临界截面面积调节器和落压比调节器。
由于发动机故障时处于最大状态（油门杆角度大于62°），尾喷口进入闭环控制，此时应由调节器的πt调节器参与控制。因此，主要从喷口-加力调节器的πt调节器工作原理进行分析。
喷口-加力调节器的πt调节器由薄膜、顶杆、反馈弹簧档板活门、弹簧、πt关断活门等调节元件组成。其功能是使发动机在进入闭环状态后保持给定的πt按一定的规律变化。πt调节器薄膜下腔通涡轮后燃气压力P6，而薄膜上腔通经过空气减压器后的P31ʹ。
在较小转速情况下，在弹簧力的作用下，通过控制去节流状态喷口控制活门，活塞14在油压的作用下向左移动，使摇臂作用在平活门15上，从而关闭回油，从而关断πt调节器的工作，并沟通高压燃油进入尾喷口液压作动筒的有杆腔、无杆腔，使发动机的喷口放至最大或收至最小。
当发动机转速继续增加，发动机油门杆角度超过62°时，高压油控制去节流状态喷口控制活门打开，活塞14在油压的作用下向右移动，平活门在弹簧力及油压的作用下与摇臂端面接触，由πt调节器控制的喷口面积。控制过程采取闭环控制，薄膜上下腔压力的变化带动薄膜位置的变化，薄膜8位置决定放油与否、放油多少。当P31ʹ压力升高，薄膜下移，带动摇臂偏转，控制平活门放油，油针向下移动，沟通高压油与无杆腔，喷口收小，P6压力升高，达到平衡，当薄膜上下压力一定时，档板活门开度一定，分油活门处在中立位置，喷口临界截面积保持一定，弹簧8决定整个调整过程的调节的动态品质。
4 故障排除
4.1 故障定位
根据喷口变化规律以及调节器的控制规律对发动机进行相关的检查，检查P31ʹ和P6至喷口-加力调节器引气路安装的准确性、密封性进行检查、测量异常，对喷口油源泵出口压力进行测量无异常，对检查喷口-加力调节器静态（充油状态）和动态（慢车状态）检查喷调外观不存在漏油、漏气现象，均无异常。根据分析，检查发动机喷口-加力调节器的πt调节器，发现反馈弹簧断裂。
4.2 喷口波动原因分析
在飞参上可看到喷口刻度值的波动，主要原因是：当πt发生变化时，πt调节器中的反馈弹簧起到的是增加阻尼，保证了πt调节器的调节品质，当反馈弹簧钩部断裂造成反馈弹簧在工作中不起调节作用，当P31′突然增大时，由于没有阻尼则造成波动，即超调后回调，反复调节，从而造成喷口临界面积波动，造成了涡轮膨胀比的变化，使发动机推力随喷口的波动而产生忽大忽小，此时在飞行中使飞行员明显感到发动机推力的脉动。
同时，由于涡轮膨胀比的变化导致高低压转子转速n1、n2以及T4随之出现轻微的摆动，α1、α2也有细微的波动。
参考文献：
[1] 航空燃气涡轮发动机原理与构造[M]，杜明编著.北京：航空工业出版社，2012.
论文作者:何彦良 张林 刘阳
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第8期
论文发表时间:2017/10/9
标签：发动机论文; 调节器论文; 喷口论文; 推力论文; 活门论文; 状态论文; 喷管论文; 《建筑科技》2017年第8期论文;