王段 杨宏 黎强

摘要：以某型航空发动机主油路压力摆动故障为契机，以发动机工作原理为研究手段，结合发动机大修指南、台架试车和故障树等方法，将故障点逐层逐级定位到温度放大器中的切换活门油路尺寸，并进行了试验验证。此类故障的成功排除，为外场及修理厂排故提供了参考，同时也将信息反馈至制造厂，并提出了解决措施。

关键词：航空发动机；主油路；温度放大器；切换活门

Keywords：aero-engine；main oil circuit；temperature amplifier；switch valve

0 引言

航空发动机起动过程中，主燃油泵调节器控制发动机的起动供油规律及高压压气机可调转子叶片的转角。起动供油规律由自动起动器感受高压压气机出口压力，通过逐渐减少最小燃油消耗量的放油，实现供向主燃烧室的燃油随高压压气机出口压力增加而增加供油的目的。随后，根据自动加速器的供油规律向主燃烧室供油，并最终达到与慢车油门杆角度对应的均衡转速，然后保持慢车状态。高压压气机可调静子叶片转角是由主燃油泵调节器感受高压转子换算转速，按一定规律进行控制的。

某型发动机自研制以来，长期存在起动成功率低、起动时间长及参数摆动等问题，大修之后的发动机更是如此。本文针对其中一种新型故障模式进行研究，对于该型发动机的起动排故具有重要意义。

1 故障情况

对发动机整机试车进行性能录取时，通过观察发动机的参数曲线（发动机油门角度为12°）发现，在慢车域时，发动机高压压气机叶片（也称高压导向器）角度起调之后一直出现摆动，且角度无上升趋势（见图1），同时发动机副油路压力一直摆动（见图2）。

2 故障分析

2.1 发动机燃油压力的工作规律

主燃油泵调节器是发动机的“心脏”，它是按照发动机不同工作状态要求的规律调节供给燃烧室的燃油。

发动机起动时燃油压力规律如下：

Pf=Pf0+K1（K2P31-PH） （1）

式中，Pf为燃油总管燃油压力；Pf0为燃油压力；K1为发动机结构系数，由发动机结构关系确定；K2为减压系数，取决于气嘴直径。

由式（1）可知，在发动机加速过程中，P31压力值随着N2换算转速的增加而逐渐增大，（K2P31-PH）一项始终大于0且逐渐增大，表明Pf随着N2换算转速的增大而增大。

2.2 高压压气机可调静叶的工作规律

高压压气机可调静子叶片的功能是控制高压压气机可调静子叶片的位置，进而控制发动机的进气量及气压。主燃油泵调节器是高压压气机可调静子叶片的控制系统，通过控制发动机的供油流量及压力来控制发动机的进气量，从而控制高压压气机叶片的位置，其控制规律如图3所示。由图3可知，该发动机的高压压气机可调叶片的调节规律与理论不符，不能满足发动机的正常使用。

2.3 与故障相关的结构

以发动机工作原理为手段，结合历年故障检查情况、修理经验及故障详细数据，分析对该故障有影响的相关结构。相关结构主要包括主燃油泵调节器上的温度放大器、起动装置及喷嘴等，由此建立故障树，如图4所示。

3 故障定位

3.1 故障定位过程

此次出现的主油路压力摆动故障，由于出现在发动机试车过程中，喷嘴的更换极难操作，需要对发动机进行大分解，且分解完成后容易产生其他故障，对于排故的成本及时间不利。因此，根据发动机的工作原理及修理经验，结合外场历年来的排故方法，首先在发动机台架试车时测量温度放大器输出压力两个输出管接头的压力值，发现其值均在允许的合格使用范围内，但发动机副油路压力却仍在摆动。因此，采取串件以锁定故障点，通过对故障部件的进一步分解检查、试验等，最终定位到具体的零件。

1）更换起动装置部分

起动装置是主燃油调节器与喷嘴之间的独立部件，其功能主要是为发动主燃烧室分配燃油，并调节发动机的起动供油压力，与发动机的主油路压力密切相关。为此，将合格的同型起动装置串装在该发动机上进行性能试验，发现与之前并无差别，仍出现相同故障现象，故排除起动装置引起的主油路压力摆动，仍旧装回原台配置的起动装置。

2）更换主调温度放大器部分

温度放大器是主燃油调节器上一个基础的调节部分，其根据温度传感器感受的外界温度，转化为燃油压力，为主燃油调节器输入基本参数。若温度放大器出现故障，将导致整个发动机的工作基点处于無规律状态，从而使发动机处于紊乱状态。因此，将试验合格的温度放大器装配至该发动机，进行台架试车。试车发现，高压导向器可调导流叶片、燃烧室主油路压力完全符合理论工作规律，表明故障件为温度放大器。

对原台温度放大器进行分解检查，发现其内部活门尺寸与标准活门有差异，如图5所示。合格件的油路孔在槽的中央，而故障件的油路孔明显有错位。油路孔位于槽中央是为了保证油路的正常切换，显然故障件无法实现此目标，因而造成其中一个方向的油路快速切换，而另一个方向的油路切换速度明显较慢，导致发动机主油路压力出现摆动。

3.2 故障机理分析

图6所示为温度放大器工作原理。温度传感器将感受到的温度信号放大并转换为执行机构三维凸轮和温度凸轮轴上齿轮的转动。例如，发动机进口温度升高，分油活门左端压力增大，套筒左移开大放油孔，齿条活塞左腔油压下降而左移，带动齿轮顺转，同时带动反馈杠杆反转，反馈杠杆使分油活门左移而关小放油口，齿条活塞左腔油压回升，活塞左移速度减慢并很快与右腔油压和放松了的弹簧力相平衡。

但是，若切换活门的油路孔尺寸不合格（如图5所示的故障件），则会使回转接管的油路快速打开或关闭（图6中蓝圈部分），进而引起分油活门上下腔的压力快速变化，从而造成三维凸轮及温度凸轮的参数变化，使得主调的基准参数变化，导致故障发生。

4 故障验证

将符合设计图纸要求的切换活门串装到故障温度放大器中，然后将其装配至发动机上进行台架试车，整个试车过程中未出现类似故障，故障得到成功排除。

此次主油路压力摆动故障产生的原因是切换活门尺寸公差不符合设计图纸要求，使回转接管的油路快速打开或关闭，进而引起发动机基准参数出现偏差，导致主油路压力、高压导向器可调叶片角度等不符合要求。

5 改进措施

基于以上分析结果，参考该型主燃油泵调节器大修指南，研究制定了制造加工过程中的控制措施，确保切换活门各油路尺寸公差完全在设计要求的公差范围内，从而保证发动机基准参数不出现较大偏差。

参考文献

[1]周宗才，郑铁军.某型发动机结构特性控制[Z].中国人民解放军空军装备部外场部，2013.

[2]某型发动机主燃油调节器大修指南[Z].

[3]某型发动机地勤培训教材[Z].沈阳发动机研究所，2017.