航空发动机燃油与控制系统测试技术研究

【摘 要】燃油与控制系统是航空发动机的神经系统，其安全可靠性对航空发动机正常工作有致命的影响。为了确保科研阶段航空发动机整机试验及科研试飞安全可靠，必须对燃油与控制系统进行测试监控，以便预先评估航空发动机燃油与控制系统的安全可靠性。本论文主要研究航空发动机整机试验和科研试飞中燃油与控制系统的测试监控技术。

【关键词】航空发动机 整机试验 科研试飞 燃油与控制系统 测试技术

1 引言

在航空发动机研制过程中，要经过大量整机试验和科研试飞才能最终确定燃油与控制系统的性能、可靠性和操纵性。在整机试验和科研试飞中，台面仪表仅显示了发动机状态和告警参数，几乎没有监控显示燃油与控制系统的相关参数。如果不对燃油与控制系统进行测试改装，在整机试验和科研试飞中则无法预估燃油与控制系统的安全可靠性，也不利于燃油与控制系统的故障排查。为了降低整机试验和科研试飞的风险，必须加强燃油与控制系统的全面监控，保障试验安全可靠的进行。

2 燃油与控制系统组成

燃油与控制系统主要由离心式增压泵、低压燃油滤、燃油调节器、电子控制器、燃滑油散热器、超转放油阀、各类传感器及电缆等附件组成。

3 燃油系统测试

燃油系统由离心式增压泵、低压燃油滤、燃油调节器、燃滑油散热器及超转放油阀等附件组成，其作用是将燃油输送到燃烧室，保证航空发动机各种工作状态下所需的燃油。飞机或台面仪表仅监控燃油滤堵塞和燃油压力低两个发动机燃油系统告警信号。因此，必须对燃油系统进行相应的测试改装，才能全面监控燃油系统的工作状态，保证试验安全进行。

3.1增压泵进出口燃油压力和燃油温度的测试

燃油系统组成元件，尤其是燃油调节器只能在特定的进口燃油压力和温度范围内正常工作，否则工作异常，给发动机正常工作造成一定的影响。通过对增压泵进出口燃油压力和温度进行测试监控，可以避免燃油系统在燃油压力和温度规定值外工作，如图1所示。燃油压力开关虽然具有燃油压力低告警功能，但是不能对燃油压力数值进行监控。通过在燃油压力开关和燃油管路连接处增加一个三通的管接头，既不影响燃油压力低告警功能，又可以监控燃油压力的实际值。在试验过程中，一旦发现增压泵后燃油压力数值异常，便提醒操作员降低飞行高度或者打开飞机油箱增压泵，避免造成不必要的损失。

3.2计量燃油流量和计量燃油压力的测试

燃油系统首要的任务就是保证航空发动机各种工作状态下的燃油需求，燃油调节器便是完成该任务的执行机构。电子控制器根据发动机状态输出计量油针给定信号至泵调节器，泵调节器接收到信号后输出相应的燃油，并将计量油针反馈信号传输给电子控制器。泵调节器理论供油流量和实际供油流量有一定的误差，误差超出一定范围时就会影响发动机正常工作。通过对泵调节器出口对计量燃油流量和燃油压力进行测试监控，实现泵调节器实际供油流量和理论供油流量的对比分析，实时监控泵调节器的工作特性。当发动机出现超转现象时，电子控制器控制超转放油阀按照既定规律工作，可以避免飞机因发动机超转停车而失去动力。在超转放油阀出口测试监控燃油特性，不但可以监控超转放油阀的工作状况，也可以监控发动机喷嘴前的燃油压力。

4控制系统测试

控制系统集信号采集与处理、故障诊断与对策、控制方法与控制规律于一体，主要由传感器、电缆和电子控制器等组成，其中电子控制器软件和硬件结合在一起成为控制系统的核心部件。

在正常使用过程，电子控制器将发动机状态参数和控制系统故障告警信号输送至台面仪表，但是传感器和电子控制器的工作特性无法监控。为了在整机试验和科研试飞时，实时掌握控制系统工作状态，便于故障的排查和分析，可以对控制系统进行测试改装，具体如图2所示。在电子控制器方案设计时，便充分考虑了整机试验和科研试飞测试改装的需要，对其通讯端口进行了余度设计。

在发动机整机试验时，电子控制器和监控计算机进行通讯，实时监控发动机及控制系统工作状态。监控计算机能实时显示信号参数及试验曲线、开关量状态、故障告警信息等，还具有数据存储功能，具体如图3所示。

在科研试飞时，电子控制器可以和飞机遥测系统进行数据传输，但是飞机遥测系统只能将少量关键信息传输至地面监控系统，实现航空发动机及控制系统的实时监控。通过将整机试验监控计算机通讯接口处安装一个控制系统数据记录仪，可以详细记录存储试验过程燃油与控制系统的信息，以便进行曲线回放和分析，也为燃油与控制系统安全性评估及故障排查提供依据。

5 试验验证

燃油与控制系统随发动机整机试验过程中，出现发动机起动失败现象。经过对测试数据进行分析，发现燃油与控制系统实际供油流量比理论供油流量低，引起发动机起动失败，如图4所示。

燃油与控制系统随发动机装飞机科研试飞时，控制系统向飞机座舱仪表输出导叶电磁阀故障。通过分析控制系统数据记录仪存储的数据，发现因导叶给定信号和反馈信号偏差超出规定值，引起控制系统报导叶电磁阀故障。

6 结语

通过对航空发动机燃油与控制系统参数进行测试监控，可以全面掌控在航空发动机整机试验和科研试飞中燃油与控制系统的工作状态，也能预先评估燃油与控制系统的安全可靠性，保证试验顺利进行。测试监控存储的数据也为燃油与控制系统的故障排查和分析提供了依据，保障航空发动机燃油与控制系统研制工作顺利开展。

参考文献：

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