赵洪丰 曹艳 张云才

摘  要：针对航空发动机高压压气机静子叶片调节机构卡滞故障，从调节机构工作原理入手，分析故障原因，试验各因素的影响程度，进而提出有效降低压气机调节机构阻力矩的工艺措施。研究得出，通过提高叶片加工精度，装配时进行机件选配，增大静子叶片外端衬套与摇臂之间的间隙，降低联动环刚度能够有效降低调节机构阻力矩。

关键词：发动机;压气机;调节机构;阻力矩

Research on the technology to reduce the resistance moment for the adjustable mechanisms of Aero-engine’s high-pressure compressor

Zhao Hongfeng，Cao Yan

（AECC Shenyang Aeroengine Research Institute，Shenyang 110015，China）

Abstract：The （缺翻译）

Keywords：aeroengine（缺翻译）

引言

为了保证航空发动机在设计转速与非设计转速下安全高效地工作，达到较高的性能水平，可调静子叶片结构因其能够提高非设计转速性能而被广泛应用。通过调节静子叶片角度，使得转子叶片处于满意的攻角下工作，从而避免了喘振，改善了压气机的工作特性 [1-4]。

發动机工作时，通过调节发动机控制系统控制压气机多级可调静子叶片调节机构[5]，使静子叶片角度产生改变。一旦静子叶片调节机构发生失效，例如叶片转动卡滞、调节机构阻滞力大等，将会引起发动机喘振并造成安全隐患[6-7]。

本文基于某型发动机因高压压气机静子叶片调节机构机械阻滞力偏大，导致调节机构出现卡滞的故障，研究调节机构工作原理，制定行之有效的阻力矩控制工艺措施，达到降低调节机构阻力矩的目的。

1调节机构工作原理

某型发动机高压压气机采用0～3级可调静子叶片结构，其中静子叶片角度调节机构，如图1所示，由左、右作动筒，左、右传动摇臂，左、右操纵支架、0～3级联动环、叶片摇臂等组成。

0～3级联动环结构（见图2）由上半环1、下半环3、搭接段2用螺栓连接成整环。搭接段上有凸耳，与操纵支架上的各级球头连杆相联。

操纵支架（见图3）由上支架12，下支架11，0～3级曲柄5、6、7、9，0～3级球形连杆1、2、3、4，驱动连杆8等组成。驱动连杆8与0～3级曲柄一端相连，组成四连杆机构;曲柄另一端通过球形连杆与联动环上的凸耳相连。

调节机构工作原理：

（1）发动机工作时由主泵调节器控制左、右作动筒使其同步往复运动，驱动左、右传动摇臂转动，通过传动摇臂将活塞杆的位移变化转变成角度变化;

（2）传动摇臂带动操纵支架的套齿转动，通过驱动连杆带动0～3级曲柄转动，将传动摇臂的角度变化转变成操纵支架上0～3级曲柄的摆动;

（3）0～3级曲柄通过球形连杆连接0～3级联动环，曲柄的摆动直接带动球形连杆的位移变化，进而使0～3级联动环产生周向转动;

（4）叶片与联动环通过叶片摇臂连接，叶片的外端颈部与叶片摇臂连成一体，摇臂另一端与联动环连接，当联动环周向转动时，摇臂和叶片就随着联动环一起转动，从而实现0～3级静子叶片的无级调节。

2故障原因分析

依据调节机构工作原理，初步判定静子叶片角度调节机构可能存在机械阻滞力的部位主要包括：操纵支架、联动环、叶片内外转轴等有相对转动和限位的部位。但是这些部位涉及上千个零件和运动副，若要逐个进行影响分析是不易实现的。为此，我们将这些可能影响因子归类处理，分为叶片、联动环、操纵支架三部分，列出故障树（见图3），分析产生机械阻滞力的因素，并通过试验验证，最终获取有效降低阻力矩的工艺措施。

3试验分析

3.1叶片产生阻力矩的试验

针对叶片产生的阻力矩，试验对比分析单级叶片阻力矩与总阻力矩，分析单级叶片的影响程度：

3.1.1单级叶片阻力矩试验

分别连接0～3级联动环与操作支架，试验分析哪个单级力矩对总力矩影响较大。

通过试验检测0～3级静子叶片在角度区间（从开角open至闭角close和从闭角close至开角open）内的单级阻力矩和总阻力矩，试验结果如图5所示，各级叶片在开角最大状态（OpenMax）时，总阻力矩受第1、2级叶片的阻力矩影响明显。

试验检测0～3级静子叶片各单级的缺失力矩，试验结果如图6所示，叶片角度在到达开角最大状态（OpenMax）时，各级叶片缺失力矩都增大，但其中1级静子叶片、2级静子叶片缺失力矩相对偏小，反向说明第1、2级静子叶片阻力矩较大。

通过对比0～3级静子叶片阻力矩与总阻力矩，如图7所示，0级静子叶片阻力矩占总阻力矩的29%;1级静子叶片阻力矩占总阻力矩的38%;2级静子叶片阻力矩占总阻力矩的34%;3级静子叶片阻力矩占总阻力矩的15%。

而操纵支架产生的阻力矩只占总阻力矩的5%左右，相对于单级叶片阻力矩，对总阻力矩的影响非常小。

3.1.2  降低叶片产生的阻力矩措施

上述0～3级静子叶片的阻力矩试验结果，包含了叶片和0～3级联动环的影响，单纯降低叶片产生的阻力矩，可以采取以下措施：

（1）针对叶片内外轴颈不同心，可在叶片生产制造时提高加工精度进行控制;

（2）针对叶片内外轴颈接触部位不光滑，可在叶片装配时，通过修磨，剔除毛刺进行控制;

（3）针对叶片与叶片摇臂不同心，可在叶片装配时，选配叶片与叶片摇臂进行控制。

3.2  联动环产生阻力矩的试验

3.2.1  联动环转动时的阻力矩试验

联动环的结构设计上，为防止联动环转动时与机匣干涉，周向均布调整螺钉，限制联动环与机匣之间的间隙。

以1、2级联动环为主要试验对象，去除可能造成调节机构驱动运动中联动环与机匣间隙偏小的调整螺钉，进行正常状态与去除1、2级联动环调整螺钉状态的阻力矩对比分析试验。

试验结果如图8所示，在去除1、2级联动环调整螺钉的情况下，总阻力矩有明显下降，同时1、2级静子叶片单级阻力矩在闭角处有明显的下降。由此说明，联动环上的调整螺钉与机匣在运动中产生了干涉，增大了阻力矩。

3.2.2  联动环结构对阻力矩的影响试验

采用空心結构联动环、二段式实心联动环、四段式实心联动环三种不同结构，通过试验分析不同刚性联动环结构对总阻力矩的影响。

试验结果如图9所示，空心结构联动环，比二段式实心联动环、四段式实心联动环在闭角过程中，总阻力矩有明显下降。

3.2.3  降低联动环产生的阻力矩措施

（1）采用空心结构联动环，降低联动环刚度，可以降低阻力矩。

（2）因联动环转动时的偏心、结构变形，导致叶片不在同一半径转动，可通过增加叶片轴外端衬套与摇臂间的间隙，进而增大叶片的径向活动间隙，降低联动环产生的影响。

通过试验对比分析增大叶片轴外端衬套与摇臂间的间隙0.1mm的前后阻力矩情况，试验结果如图10所示，总阻力矩，1、2级静子叶片单级阻力矩均有所降低。

4 结语

综上所述，针对航空发动机高压压气机调节机构卡滞故障，可以通过提高叶片加工精度，装配时进行机件选配，增大静子叶片外端衬套与摇臂之间的间隙，降低联动环刚度等措施，有效降低调节机构阻力矩。

参考文献

[1]冯牧紫.可调静子间隙对压气机气动性能的影响[J].中国科技博览，2015，（4）：221—222.

[2]张健，任铭林.静叶角度调节对压气机性能影响的试验研究[J].航空动力学报，2000，15（1）：27—30.

[3]夏联，崔健，顾扬.可调静叶对压气机低速性能影响的试验研究[J].燃气涡轮试验与研究，2005，18（1）：31—34.

[4]黄爱华.涡扇发动机可调静子叶片控制规律研究[J].燃气涡轮试验与研究，2017，30（1）：48—51.

[5]赵四洋，张健新，路超.高压压气机可调叶片角度控制系统及应用[J].价值工程，2013，（27）：55—56.

[6]沈光辉.某型发动机压气机进口可调导叶角度不归位的故障分析[J].现代工业经济和信息化，2016，（22）：59—60.

[7]唐秀娟，尚瑜娟，孙青素.某型发动机高压压气机进气导向器叶片转动卡滞故障分析与排除[J].航空维修与工程，2018，（12）：91—92.

作者简介：

赵洪丰，硕士，高级工程师，主要研究方向为航空发动机装配工艺设计。