艾 婧

（中国航发西安动力控制科技有限公司，陕西 西安 710077）

0 引言

某型飞机在起飞过程中出现了发动机放气带开关异常情况，导致了压气机喘振故障，经过现场排查确定为某发动机附件离心传感器故障，作为直接控制发动机放气带打开和关闭的附件，其性能不稳定是导致放气带开关异常的主要原因，直接影响飞机的飞行安全。通过分析喘振故障现象和工作原理，对离心传感器进行分解检查和性能试验，查找性能不稳定的原因并提出改进意见。

1 故障分析

1.1 故障现象

某型飞机在飞行过程中，某发动机在转速4000r/min收油门过程中发生喘振故障。当发动机转速降至2500r/min、排气温度上升至670℃时，飞行员将左发拉停，稍后重启发动机成功。当飞机返航收油门时故障再现，飞行员妥善处置后安全着陆。发动机地面检查放气带操纵系统，发现当推油门时发动机工作正常，当收油门时故障复现。在出现喘振故障时，放气带关闭转速为3890r/min，打开转速为3310r/min，超出规定转速差不超过50r/min。经排查认为这次故障为离心传感器工作异常所致，该发更换离心传感器后故障消失。

发动机配装的离心传感器工作时间239h9min，阶段规定寿命1000h。

1.2 工作原理

离心传感器是某发动机放气机构组成部件之一，其功用是感受发动机转速，通过控制放气机构电磁活门电路的接通和断开来控制发动机放气带的关闭和打开。

离心传感器由壳体、上盖、离心飞重、分油活门、传动轴、弹簧、调整螺钉、薄膜、插座和微动开关等组成，微动开关与插座间由导线连接，插座与发动机电插头连接。分油活门在离心飞重的轴向分力和弹簧力的作用下轴向移动，控制薄膜滑油腔油路通断，最终控制微动开关的通断，实现对放气带开关的控制，结构如图1所示。

图1 离心传感器结构原理图

某发动机为防止喘振，在压气机3、4级之间装有放气带，当发动机转速在（3800+50）r/min上下时，离心传感器控制发动机放气带的关闭与打开，保证当发动机在转速增加或减少的过渡状态下工作时压气机远离喘振边界。

当发动机转速大于（3800+50）r/min时，弹簧压紧力小于离心飞重产生的轴向分力，分油活门上移，发动机滑油系统通向离心传感器薄膜腔的滑油通路连通，这时转换活门内薄膜顶杆在0.4MPa滑油压力作用下与转换装置壳体面止靠，薄膜顶杆推动微动开关按钮接通放气机构电磁活门电路，放气带关闭。

当发动机转速小于（3800+50）r/min时，弹簧压紧力大于离心飞重产生的轴向分力，分油活门下移，发动机滑油系统通向离心传感器薄膜腔的滑油通路被分油活门的分油边堵住，这时转换装置内薄膜顶杆在弹簧力作用下恢复初始位置，微动开关按钮断开放气机构电磁活门电路，放气带打开。

1.3 产品检查

1.3.1 性能录取

故障离心传感器返厂后，在试验器上录取6遍接通/断开转速（对应发动机放气带的关闭/打开转速），结果断开转速变化较大且转速差均大于规定值，故障复现，见表1。

表1 性能数据

1.3.2 分解检查

分解检查发现离心传感器的分油活门外圆和内孔均存在磨损痕迹，轴组件外圆有周向磨粒磨损痕迹。轴外表面与铜衬套配合部位形成两个磨损环带，磨痕微观形貌为深且窄的犁沟，说明有异物进入轴组件间隙且异物为高硬度片状物。

检查分油活门台阶一侧有周向磨粒磨损痕迹，磨损处无热变色现象，台阶2处有1道周向磨损痕迹，磨痕微观形貌为深且窄的犁沟；发现分油活门表面有被辗压的金属物，尺寸约为20μm，如图2所示，经能谱分析异物为铝屑，说明在工作过程中有铝屑进入分油活门与轴组件配合间隙。

图2 片状铝屑形貌

1.3.3 油液分析

分析离心传感器产品内存留油液和清洗油液，发现有颗粒状金属物，微观形貌如图3～图4所示。对滑油中的金属物进行能谱分析，其成分主要有铝合金、镁合金、铜合金、镀镉层和钢，见表2和表3[2]，金属物尺寸为5μm～300μm，分析离心传感器零件材料，无镁合金材料，分析认为应属于其他滑油系统附件磨损产生。

图3 存留滑油中金属物微观形貌

图4 清洗收集金属物形貌

表2 存留滑油中金属物分析结果

表3 清洗收集金属物分析结果

1 Mg：0.04% Al：99.82% Cu：0.14% 40 铝合金2 Mg：87.21% Cu：11.93% Zn：0.86% 20～40 镁合金3 Al：0.55% Cd：99.45% 70 镀镉层4 Al：85.60% Si：13.48% Fe：0.93% 80 铝合金5 Cr：1.15% Mn：0.58%Fe：94.35% Ni：3.92% 5～20 钢6 Al：1.27% Cu：77.17%Sn：7.52% Pb：14.03% 5～20 铜合金7 Cr：0.38% Fe：99.62% 10 低合金钢

1.3.4 滑油系统分析

发动机滑油系统的功用是为发动机所有的齿轮、轴承、轴和花键套齿提供适量的滑油进行润滑和冷却，保证机件正常工作。某发动机滑油系统是一个封闭式循环系统，滑油被进油泵抽取，经过增压、过滤送至各个需要润滑的地方进行润滑和冷却后，流至收油池内，再通过回油泵抽回，经散热器送回滑油箱，准备再次使用。

某发动机滑油系统在离心传感器的入口处设置单层金属方孔网油滤，滤网材料为黄铜H80，网孔尺寸为0.071mm，金属丝径为0.056mm。滑油中小于0.071mm的颗粒物均可通过滤网进入离心传感器内部，而零件配合间隙为0.025mm～0.03mm和0.028mm～0.04mm，说明滑油中金属物进入离心传感器配合间隙为该附件性能不稳定的主要原因。

1.4 性能复试

为了验证离心传感器故障是否为金属物进入分油活门和轴组件间隙导致，在对离心传感器所有零件仅进行冲洗后，在同一试验器上录取6遍接通、断开转速，录取性能结果显示除了接通转速大于规定值的情况，接通转速稳定且转速差合格。接通转速大于规定值的原因为当装用发动机时匹配调整所致。通过对比出厂和清洗前后的性能数据，如图5所示，说明离心传感器性能不稳定的原因是金属物进入分油活门和轴组件间隙导致分油活门运动不灵活。

图5 转速差

2 改进方向

为了解决这类故障问题，对比分析离心传感器的分油活门与其他燃油调节器转速分油活门的尺寸和工作条件，工作参数见表4，离心传感器的分油活门配合间隙大于燃油调节器的转速分油活门配合间隙，而燃油调节器自1975年以来从未发生过转速分油活门卡滞故障，说明离心传感器结构可满足使用要求。

表4 工作参数对比

方格式金属网有效过滤面积比如公式（1）所示[1]。

式中：F为方格式金属滤网有效过滤面积比；ω为网孔边长；d为网线直径。

经计算网孔尺寸为0.071mm，当金属丝径为0.056mm时，滤网的有效过滤面积比为31.7%；网孔尺寸为0.04mm，当金属丝径为0.03mm时，滤网的有效过滤面积比为32.6%。说明两种规格的滤网有效过滤面积比相当，在同一介质条件下流通能力相当，说明离心传感器进口处油滤可采用0.04mm/0.03mm规格的滤网。

3 结语

通过对离心传感器进行性能检查、分解检查、分油活门及轴组件冶金检测，发现了外来金属异物引发的异常磨损痕迹；结合产品工作原理和工作环境等进行分析，定位故障原因是外来异物进入分油活门与轴组件配合间隙，在随发动机工作中发生异常磨损，进而导致离心传感器转速不稳定，最终造成发动机放气带开关异常故障。借鉴类似产品，采取提高某发动机的离心传感器进口处油滤精度，可改善其工作环境，降低外部污染，提高性能稳定性。