時(shí)間：2023-02-10 02:27:31
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Abstract: Digital electronic control has been the main development direction of aero-propulsion control system. To grasp the design method of digital syestem, the paper focuses on the study of fuel control to different phase of aero-engine, takes the digital electronic control system as the object,and puts the fuel control as main line. Different working phrase of the fuel system control has been analyzed. Finally, the specific regulation plan was gaven.
關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動(dòng)機(jī)；燃油系統(tǒng)；數(shù)字電子控制；計(jì)劃
Key words: aero-engine；fuel system；digital electronic control；plan
中圖分類號(hào)：V233文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）17-0023-02
0引言
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)用來供給發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室和加力燃燒室的燃油，數(shù)子電子控制時(shí)，工況燃油流量受電子控制器控制，并要求其在所有工作狀態(tài)下，保證供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃油并自動(dòng)調(diào)節(jié)供入發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室所需的燃油量。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，液壓機(jī)械備份調(diào)節(jié)系統(tǒng)可平穩(wěn)同步接替數(shù)控系統(tǒng)工作自動(dòng)調(diào)節(jié)主燃油流量。
1調(diào)節(jié)規(guī)律實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)大都為雙轉(zhuǎn)子，且多為全權(quán)限數(shù)控系統(tǒng)。為了保持左、右發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性，討論發(fā)動(dòng)機(jī)全權(quán)限數(shù)控系統(tǒng)演示驗(yàn)證樣機(jī)采用的調(diào)節(jié)規(guī)律跟原液壓機(jī)械調(diào)節(jié)規(guī)律基本一致。
1.1 穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃見表1。當(dāng)?shù)蛪恨D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N1
1.2 過渡態(tài)調(diào)節(jié)計(jì)劃
1.2.1 起動(dòng)控制
2主燃油供油裝置控制回路分析
圖1為某型數(shù)控發(fā)動(dòng)機(jī)主燃油控制邏輯原理圖。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)在工作時(shí)，電子控制器將理論上計(jì)算的燃油流量對(duì)應(yīng)的隨動(dòng)活塞位置電信號(hào)輸出到電液伺服閥，通過電液伺服閥來控制隨動(dòng)活塞的位置，隨動(dòng)活塞的位置由LVDT反饋給電子控制器，這樣便構(gòu)成閉環(huán)回路。當(dāng)兩者有差值時(shí)就繼續(xù)輸出信號(hào)直止驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)活塞到給定位置，通過改變斜盤角度來控制燃油流量。圖2給出了高壓可變柱塞泵在不同轉(zhuǎn)速下，LVDT電量與燃油流量、高壓可變柱塞泵轉(zhuǎn)速之間的二維關(guān)系曲線。
由圖2中曲線可看出，在高壓可變柱塞泵轉(zhuǎn)速一定的情況下，燃油流量隨LVDT電量的增加而增大；當(dāng)LVDT電量一定時(shí)，隨著柱塞泵轉(zhuǎn)速的增加，燃油流量也在增大。從發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況來看，柱塞泵是由發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子經(jīng)多級(jí)減速后而帶轉(zhuǎn)，其減速比為定值2.561，柱塞泵轉(zhuǎn)速的大小也代表著高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小。當(dāng)高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所需的熱能也要增大即燃油流量在增大。從該曲線可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較好的控制。
參考文獻(xiàn)：
[1]航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè),第15冊(cè)，控制及燃油控制系統(tǒng).
[2]馮正平，孫健國.航空發(fā)動(dòng)機(jī)小偏差狀態(tài)變量模型的建立方法.推進(jìn)技術(shù),Vol.22，No.1，2001.
[3]黃宏濤.航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)計(jì)劃[D].西北工業(yè)大學(xué)碩士論文，2001.
關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 模擬仿真 優(yōu)化設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：V233.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（c）-0210-02
1 研究背景
研究目的：針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件進(jìn)行實(shí)體建模，建立部件數(shù)據(jù)庫，包含部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與控制特性；并搭建控制系統(tǒng)工作特性的仿真平臺(tái)，能方便地組建控制系統(tǒng)與分析系統(tǒng)的工作特性，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐。
研究意義：航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算機(jī)仿真不僅能夠指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、縮短研制周期、節(jié)約經(jīng)費(fèi)，而且具有良好的可控性、可觀性、安全性、重復(fù)性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。建立合理、準(zhǔn)確的航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的數(shù)學(xué)模型是發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真的基礎(chǔ)，建立適合于各種仿真目的的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型是仿真試驗(yàn)與分析的關(guān)鍵。
2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系部件及系統(tǒng)
2.1 動(dòng)態(tài)特性
根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的工作原理，構(gòu)建轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的原理圖。
當(dāng)系統(tǒng)的輸入量不變，只考慮干擾量時(shí)，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為
2.2 穩(wěn)態(tài)特性
穩(wěn)態(tài)的誤差是控制系統(tǒng)準(zhǔn)確度的一種量度，是控制系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的外界條件經(jīng)常發(fā)生變化，系統(tǒng)要在頻繁的干擾輸入下工作，因此，對(duì)干擾恢復(fù)穩(wěn)定時(shí)，輸出量的給定值與實(shí)際值的偏差。但作為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析，需要討論系統(tǒng)輸入和干擾輸入兩種情況。
主要根據(jù)終值定理：
假設(shè)系統(tǒng)的干擾輸入為零，即，誤差傳遞函數(shù)為
系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為
系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為零，對(duì)單位斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為常數(shù)。
2.3 控制系統(tǒng)模型建立
使用AMESim對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模仿真過程中，首先基于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理圖，經(jīng)對(duì)原理圖及工作過程分析，確定對(duì)建模仿真具有重要作用的系統(tǒng)關(guān)鍵元件；其次，根據(jù)各元件特點(diǎn)將調(diào)節(jié)器主要元件分類為機(jī)械元件、液壓元件等；然后針對(duì)不同類別，對(duì)各元件采取相應(yīng)的建模方法分別進(jìn)行建模；最后，再根據(jù)原理圖連接各關(guān)鍵元件，構(gòu)建調(diào)節(jié)器模型。建模過程的主導(dǎo)思想是力求為用戶提供元件盡可能多的輸入?yún)?shù)，并具有盡可能準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型[1]。
3 控制系統(tǒng)的優(yōu)化
對(duì)于控制系統(tǒng)的優(yōu)化，根據(jù)性能的指標(biāo)要求對(duì)系統(tǒng)性能的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。其中，系統(tǒng)不可調(diào)整參數(shù)為油泵參數(shù)K3=1.0，K4=1.0；發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)TE=0.9s，KE=0.23[2]，見表1。
通過參數(shù)的調(diào)整得到不同的單位階躍響應(yīng)曲線、單位脈沖響應(yīng)曲線、系統(tǒng)的Bode圖以及系統(tǒng)根軌跡圖（見圖1），對(duì)在不同參數(shù)下的穩(wěn)定性、靈敏性、系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性和閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)特性，進(jìn)行分析，找到并得出最合適的控制參數(shù)。
發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性隨發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和飛行條件改變而改變。高空低速飛行并且發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能最差。因此，在完成設(shè)計(jì)狀態(tài)下的系統(tǒng)性能分析檢查后，必須在各種飛行條件下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工作狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)仿真，并按性能指標(biāo)定量檢查仿真結(jié)果。若性能不滿足要求，應(yīng)重新調(diào)整參數(shù)值，直至滿足性能指標(biāo)要求為止。如果調(diào)整參數(shù)值仍不能達(dá)到要求，應(yīng)重新修改校正裝置結(jié)構(gòu)或重新設(shè)計(jì)。
4 發(fā)展的前景以及優(yōu)勢
目前研發(fā)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件及系統(tǒng)仿真教學(xué)平臺(tái)主要是針對(duì)單轉(zhuǎn)子噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，對(duì)于目前新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)采取的控制手段是電子控制技術(shù)，即全權(quán)限數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制器FADEC。數(shù)字電子控制器能夠進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的控制規(guī)律，可以布置更多的發(fā)動(dòng)機(jī)載傳感器，用于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)并且能使發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具備故障診斷和故障重構(gòu)能力，大大提高可靠性，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制[3]。
5 結(jié)語
該文研究的主要內(nèi)容包括：首先，分析了航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)建模仿真技術(shù)的發(fā)展情況；其次，分析研究了液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)及其轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組成及工作原理，并對(duì)帶比例反饋的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組成及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究；再次，提出了基于AMESim的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模仿真研究方法；緊接著使用該建模方法對(duì)液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模；最后，對(duì)開環(huán)、閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)性能分析研究，并對(duì)“軟參數(shù)”流量系數(shù)的計(jì)算及變化情況進(jìn)行詳細(xì)的分析研究并得到單位階躍響應(yīng)曲線、單位脈沖響應(yīng)曲線、系統(tǒng)的Bode圖以及系統(tǒng)根軌跡圖。
該文所建立的航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)，通用性強(qiáng)，使用靈活，利用此控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各種發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的仿真。在已研發(fā)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件及系統(tǒng)仿真教學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善、改進(jìn)，將航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)引入進(jìn)該仿真教學(xué)平臺(tái)去，拓展航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件及系統(tǒng)仿真教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用范圍，有利于更好地理解、學(xué)習(xí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳宏亮.X_8航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模仿真研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006.
關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；低渦軸；清洗
中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
現(xiàn)代的航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)典型的復(fù)雜工程技術(shù)系統(tǒng)，包含了眾多的相關(guān)子系統(tǒng)，其工作過程是極其復(fù)雜的氣動(dòng)熱力傳動(dòng)的過程。在眾多的部件中，發(fā)動(dòng)機(jī)低渦軸是航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一。發(fā)動(dòng)機(jī)低渦軸在工作時(shí)，其表面會(huì)吸附很多雜質(zhì)，影響其工作性能。在發(fā)動(dòng)機(jī)修理過程中，需要對(duì)低渦軸進(jìn)行超聲清洗，除去其表面附著的雜質(zhì)。如果這些雜質(zhì)不能被徹底的清除，那么航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性能得不到保證。所以，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)低渦軸進(jìn)行超聲清洗是發(fā)動(dòng)機(jī)大修過程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
低渦軸超聲清洗機(jī)就是專門由于清洗低渦軸的設(shè)備，本文詳細(xì)介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)低渦軸超聲清洗機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程及功能。
1 低渦軸超聲清洗機(jī)總體設(shè)計(jì)
基于低渦軸超聲清洗的工藝要求及超聲清洗機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求，低渦軸超聲清洗機(jī)電氣控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：
（1）電氣系統(tǒng)應(yīng)具有漏電保護(hù)功能。
（2）清洗機(jī)具有對(duì)清洗槽及儲(chǔ)液槽中清洗液測溫、加熱及自動(dòng)控溫的功能。
（3）清洗機(jī)具有清洗槽中清洗液低位控制功能。
（4）清洗機(jī)能夠自動(dòng)設(shè)定及控制超聲清洗時(shí)間。
2 清洗液測溫及控溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 清洗機(jī)測溫功能設(shè)計(jì)
工藝要求在進(jìn)行低渦軸超聲清洗時(shí)，超聲清洗試機(jī)清洗槽內(nèi)的清洗液要一直保持在特定的溫度區(qū)間內(nèi)，因此設(shè)備要對(duì)清洗槽內(nèi)的清洗液進(jìn)行溫度測量。而且由于儲(chǔ)液槽內(nèi)的清洗液根據(jù)需要會(huì)向清洗槽內(nèi)補(bǔ)液，為防止在工作中達(dá)不到溫度要求的清洗液被補(bǔ)進(jìn)清洗槽中，影響清洗效果，所以對(duì)儲(chǔ)液槽內(nèi)的清洗液進(jìn)行溫度測量也是十分必要的。
鉑電阻作為一種精密的溫度檢測元件被廣泛應(yīng)用于智能儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測量準(zhǔn)確度高、測量范圍大、穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好等特點(diǎn)，被廣泛用于中溫（-200℃～650℃）范圍的溫度測量中。本試驗(yàn)器采用鉑電阻測溫方式來測量清洗槽及儲(chǔ)液槽內(nèi)清洗液的溫度。
2.2 清洗機(jī)控溫功能設(shè)計(jì)
由于低渦軸清洗時(shí)需要清洗液溫度保持在一定范圍內(nèi)，而在工作過程中，清洗液的溫度必然會(huì)降低，所以設(shè)備需要一套能夠自動(dòng)加熱控溫的系統(tǒng)。本設(shè)備采用溫控表來實(shí)現(xiàn)溫度的顯示及自動(dòng)控制。
現(xiàn)就清洗槽為例，對(duì)清洗液的加溫，控溫過程進(jìn)行說明。工作前，將溫度表的溫度上下限設(shè)定好。工作時(shí)，由于清洗液的溫度低于溫控表的溫度下限，所以溫度下限報(bào)警觸點(diǎn)閉合，加熱管開始工作，清洗槽開始加溫；當(dāng)清洗液的溫度超過溫控表設(shè)定的溫度下限，溫度下限報(bào)警觸點(diǎn)斷開，加熱管繼續(xù)工作，清洗液的溫度繼續(xù)升高；當(dāng)清洗液的溫度超過溫控表設(shè)定的溫度上限，溫度上限報(bào)警觸點(diǎn)斷開，加熱管停止工作，隨著超聲清洗工作的進(jìn)行，清洗液的溫度將會(huì)降低；當(dāng)清洗液的溫度低于溫控表設(shè)定的溫度下限，溫度下限報(bào)警觸點(diǎn)再次閉合，加熱管開始工作，清洗液溫度升高，直到清洗液的溫度超過溫控表設(shè)定的溫度上限，加熱管停止工作。以此往復(fù)，清洗槽內(nèi)的清洗液的溫度將一直保持在設(shè)定的工作溫度范圍內(nèi)。
3 超聲控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于低渦軸為空心軸，為了能夠使清洗的效果更好，所以超聲系統(tǒng)振源分為兩部分：超聲振板――主要功能是使清洗槽內(nèi)清洗液超聲振動(dòng)，清洗軸的外表面；超聲振動(dòng)棒――主要功能是使低渦軸內(nèi)部的清洗液超聲振動(dòng)，清洗軸的內(nèi)表面。
低渦軸的清洗工藝還要求超聲清洗的時(shí)間，所以在本設(shè)備超聲控制系統(tǒng)中采用定時(shí)器來設(shè)定超聲振板及振動(dòng)棒的工作時(shí)間，并且在到達(dá)工作時(shí)間后，設(shè)備自動(dòng)停止超聲振板及振動(dòng)棒工作，達(dá)到精確控制的目的。
4 其它系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 漏電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
用于清洗低渦軸的清洗液是導(dǎo)電的液體，加熱管、超聲振板及振動(dòng)棒出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，那么直接威脅著操作者的生命安全，所以設(shè)備在設(shè)計(jì)中增加漏電保護(hù)的功能。設(shè)備帶有漏電保護(hù)功能的空氣斷路器，加熱管、超聲振板及振動(dòng)棒出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，漏電保護(hù)器將動(dòng)作，切斷該用電器主回路電源，使設(shè)備處于安全狀態(tài)中，保護(hù)操作者的人身安全。
4.2 清洗液液位保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
清洗機(jī)工作時(shí)，可能出現(xiàn)兩種清洗槽“干燒”現(xiàn)象。第一，工作前忘記向清洗槽中添加清洗液時(shí)就開始加熱，由于清洗槽內(nèi)沒有清洗液造成“干燒”現(xiàn)象；第二，超聲清洗工作時(shí)間過長，清洗液揮發(fā)嚴(yán)重，操作者沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成“干燒”現(xiàn)象。這兩種情況都會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞，甚至發(fā)生火災(zāi)等安全事故。為避免這種情況的發(fā)生，在清洗槽中增加了液位傳感器。當(dāng)清洗槽中的清洗液超過液位傳感器設(shè)定的下限值時(shí)，液位傳感器的常開觸點(diǎn)閉合，將這個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)在控制回路中，只有這個(gè)觸電閉合的情況下才可以進(jìn)行加熱的工作。
結(jié)語
低渦軸是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，其在發(fā)動(dòng)機(jī)修理過程中超聲清洗的結(jié)果，直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及安全。所以低渦軸超聲清洗機(jī)是修理航空發(fā)動(dòng)機(jī)必不可缺的試驗(yàn)設(shè)備。通過對(duì)低渦軸的技術(shù)資料及工藝文件要求的消化理解，確定設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)所需的技術(shù)參數(shù)，完成試驗(yàn)器的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)備具有自動(dòng)控溫、超聲計(jì)時(shí)控制、清洗液液位低位控制、漏電保護(hù)等功能。超聲清洗機(jī)的電氣性能完全可以滿足低渦軸的超聲清洗工藝要求，而且系統(tǒng)還具有性能穩(wěn)定、操作簡單、維護(hù)方便、安全性高等特點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]楊帆.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.
[2]李博.航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃滑油散熱器熱動(dòng)力性能研究[D].沈陽：東北大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.
【關(guān)鍵詞】消喘 恢復(fù)狀態(tài) 工作原理
1 引言
發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，氣流會(huì)沿壓氣機(jī)軸向發(fā)生低頻率高振幅的氣流震蕩，這種震蕩會(huì)帶動(dòng)壓氣機(jī)的葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，使葉片在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞或斷裂，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)流道受損，嚴(yán)重導(dǎo)致報(bào)廢。所以消喘系統(tǒng)的完好性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)至關(guān)重要。
2 發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)工作原理
2.1 消喘系統(tǒng)的功用
發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振時(shí)能自動(dòng)退出喘振狀態(tài)，所采取的措施如下：（1）短時(shí)間接通消喘系統(tǒng)的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)高壓壓氣機(jī)可調(diào)導(dǎo)向器葉片；（2）增大尾噴口臨界截面積；（3）接通遭遇起動(dòng)，隨后恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)原來的工作狀態(tài)。
2.2消喘系統(tǒng)的組成
（1）綜合調(diào)節(jié)器。綜合調(diào)節(jié)器防喘保護(hù)通道的功用是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振和超溫時(shí)，通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃油通道和幾何通道，來消除發(fā)動(dòng)機(jī)喘振和超溫，并將發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到原穩(wěn)定狀態(tài)。（2）空氣壓力受感部。空氣壓力受感部接收高壓壓氣機(jī)后的空氣總壓（P02）和靜壓（P2），并把空氣總壓和靜壓輸送到喘振信號(hào)器。安裝位置在高壓壓氣機(jī)九級(jí)整流葉片中間的通道內(nèi)。（3）喘振信號(hào)器。喘振信號(hào)器為變壓器式，測量壓差工作范圍0.1～2.2f/2。測量壓差PCK的數(shù)值和符號(hào)，并向防喘保護(hù)裝置傳輸電信號(hào)。安裝位置在外涵道前機(jī)匣上。（4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過接收喘振信號(hào)，完成一系列消喘動(dòng)作。
2.3 消喘系統(tǒng)電氣附件工作過程
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振征兆時(shí)，喘振信號(hào)器的輸出電壓發(fā)生變化，該輸出電壓被傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器的防喘保護(hù)裝置。
喘振信號(hào)器的輸出電壓有兩個(gè)分量：正比于壓差平均值PCK1的不變分量和正比于壓力脈動(dòng)PCK2的交變分量。在防喘保護(hù)裝置內(nèi)，按照PCK1和PCK2來測量輸出電壓。
如果高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速n2
在解除“К1”指令后，“К1”指令在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)自動(dòng)器內(nèi)保持（8±1.6）秒。當(dāng)n2
2.4消喘系統(tǒng)機(jī)械液壓部分工作過程
2.4.1噴管臨界截面面積重調(diào)機(jī)構(gòu)的工作
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)消除喘振系統(tǒng)工作時(shí)，油泵調(diào)節(jié)器輸出定壓油信號(hào)，該定壓油作用在噴管重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞下腔。活塞在油壓力作用下，克服彈簧力帶動(dòng)傳動(dòng)撥桿上移，由于傳動(dòng)撥桿與差動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪軸不在一個(gè)平面內(nèi)，使傳動(dòng)撥桿繞齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過差動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)帶誤差凸輪的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并使誤差凸輪也轉(zhuǎn)動(dòng)，誤差凸輪杠桿再帶動(dòng)分油活門襯筒上移，打開活塞上腔的回油路，使分油活門上移，開大噴管臨界截面面積，增大發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度。
2.4.2高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作
當(dāng)消除喘振系統(tǒng)工作時(shí)，電磁活門通電，定壓活門來油輸入到高壓壓氣機(jī)導(dǎo)流葉片重調(diào)器重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞右腔，使活塞左移，通過杠桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)分油活門右移，作動(dòng)筒活塞左腔來油，右腔回油，作動(dòng)筒活塞右移，使導(dǎo)流葉片朝減小發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量方向轉(zhuǎn)動(dòng)，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作裕度。當(dāng)電磁活門斷電時(shí)，電磁活門切斷定壓活門的來油，重調(diào)機(jī)構(gòu)活塞在彈簧力作用下，恢復(fù)到原工作狀態(tài)。
3故障定位及原因分析
某日某單位，發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車檢查消喘系統(tǒng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n2由85.7%下降到44.2%，渦輪后溫度下降180℃，經(jīng)過約13秒鐘后發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)恢復(fù)正常。進(jìn)行主泵調(diào)節(jié)器放氣，經(jīng)多次檢查故障現(xiàn)象未消失。
分析故障原因有以下幾種可能性：
3.1綜合調(diào)節(jié)器故障
綜合調(diào)節(jié)器收到地面檢查儀發(fā)出喘振信號(hào)后，向電磁活門發(fā)出周期性指令：接通1.5±0.2秒，斷開0.5±0.2秒。由于綜合調(diào)節(jié)器質(zhì)量問題導(dǎo)致發(fā)出消喘指令持續(xù)時(shí)間出現(xiàn)問題，電磁活門接通時(shí)間過長，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)切油過深。
3.2主泵調(diào)節(jié)器故障
主泵調(diào)節(jié)器液壓繼電器從結(jié)構(gòu)上保證當(dāng)切油時(shí)間過長時(shí)切斷齒輪泵后高壓燃油通往主燃油分配器油路，避免發(fā)動(dòng)機(jī)因切油時(shí)間過常停車。綜合調(diào)節(jié)器收到地面檢查儀發(fā)出喘振信號(hào)后，向電磁活門發(fā)出周期性工作指令。液壓繼電器時(shí)間調(diào)整層板節(jié)流器依據(jù)本身流量調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)切油時(shí)間長短。如果層板節(jié)流器堵塞或者液壓繼電器分油柱塞卡滯，運(yùn)動(dòng)不靈活將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)因切油時(shí)間過深而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停車。
3.3燃油分配器故障
油泵調(diào)節(jié)器中的定壓活門的油液通往分配器活門右邊，放油斷流活門左移，切斷了分配器活門右邊回油路，因而有壓力升高，分配器活門左移切斷了通往主、副輸油圈的油路，燃燒室供油中斷。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振信號(hào)消失時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停車活門退出工作，切斷了油泵調(diào)節(jié)器定壓活門通往分配器活門右邊的油路，放油斷流活門在左邊彈簧力作用下右移，打開分配器活門右邊的回油路，分配器活門右邊壓力下降，在其左邊油壓作用下右移，打開了通往主副輸油圈的油路，恢復(fù)向燃燒室的供油。
外場先后更換綜合調(diào)節(jié)器、主泵調(diào)節(jié)器后，地面試車檢查故障現(xiàn)象再現(xiàn)，說明該故障不是由二者引起。后更換燃油分配器后地面試車檢查消喘系統(tǒng)正常，確定該故障是由燃油泵分配器故障引起的。
4結(jié)語
航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的心臟，被譽(yù)為“工業(yè)之花”，它直接影響飛機(jī)的性能、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，是一個(gè)國家科技、工業(yè)和國防實(shí)力的重要表現(xiàn)。而發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的每個(gè)分系統(tǒng)也都直接的影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，所以消喘系統(tǒng)也是保證發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)以及駕駛?cè)藛T安全性的重要組成部分。本論文對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)消喘系統(tǒng)進(jìn)行了原理上的講解以及結(jié)合具體故障對(duì)涉及該系統(tǒng)的各個(gè)附件進(jìn)行了分析，為以后遇到此類故障提供了排故思路，也為以后其他型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)和設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
[關(guān)鍵詞]航空發(fā)動(dòng)機(jī) 地面起動(dòng) 供油量 起動(dòng)時(shí)間
中圖分類號(hào)：V235.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）13-0123-01
1 起動(dòng)過程簡介
航空發(fā)動(dòng)機(jī)從零轉(zhuǎn)速加速到慢車轉(zhuǎn)速的過程稱為起動(dòng)過程。發(fā)動(dòng)機(jī)的地面起動(dòng)一般包含以下三個(gè)階段[1]，第Ⅰ階段：燃燒室點(diǎn)火燃燒之前，在起動(dòng)機(jī)的輔助下，將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子加速接近至點(diǎn)火轉(zhuǎn)速。當(dāng)高壓轉(zhuǎn)速到達(dá)時(shí)，向燃燒室中噴入燃油并點(diǎn)燃。第Ⅱ階段：待燃燒室內(nèi)燃油點(diǎn)燃形成穩(wěn)定的火源之后，渦輪便開始進(jìn)入工作狀態(tài)，發(fā)出功。第Ⅲ階段：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到時(shí)，渦輪的輸出功率已明顯遠(yuǎn)大于壓氣機(jī)所需要的功率，此時(shí)，可以斷開起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的聯(lián)接，發(fā)動(dòng)機(jī)依靠渦輪的扭矩獨(dú)自將發(fā)動(dòng)機(jī)從加速到慢車轉(zhuǎn)速，至此，完成發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)起動(dòng)過程（圖1）。
2 起動(dòng)油量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)情況的影響
從式中可見，某型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與油量呈函數(shù)關(guān)系，對(duì)其地面起動(dòng)過程來說，選擇合適的起動(dòng)供油規(guī)律至關(guān)重要。
試驗(yàn)在地面環(huán)境溫度達(dá)到36～38℃時(shí)進(jìn)行，當(dāng)大氣溫度較高時(shí)[2]，雖然滑油、燃料的物理性質(zhì)變化都會(huì)更有利于起動(dòng)，但由于空氣流量的減小，燃燒室內(nèi)容易形成過分富油燃燒，從而導(dǎo)致溫度過高。故高溫條件下對(duì)起動(dòng)油量的考核最苛刻，起動(dòng)油量選擇不恰當(dāng)極易導(dǎo)致溫度上升過快而超溫。
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1 試驗(yàn)方法
試驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中盡量避免其他因素對(duì)試驗(yàn)的影響，僅分析起動(dòng)供油量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的影響。試驗(yàn)點(diǎn)選擇過程中盡量保證環(huán)境溫度和壓力變化不大。
起動(dòng)過程中起動(dòng)機(jī)脫開的邏輯是：起動(dòng)到達(dá)一定時(shí)間或者發(fā)動(dòng)機(jī)n2轉(zhuǎn)速大于一定值。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)試驗(yàn)過程中，為了避免起動(dòng)機(jī)功率影響，起動(dòng)過程中盡量保證起動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣參數(shù)一致。
試驗(yàn)過程中選擇4種供油規(guī)律，通過分析4種供油規(guī)律的起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速、起動(dòng)機(jī)脫開時(shí)的排氣溫度、起動(dòng)過程中最大的排氣溫度和起動(dòng)時(shí)間來分析起動(dòng)油量對(duì)地面起動(dòng)的影響。
3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析
由于在高溫天氣起動(dòng)，起動(dòng)過程中起動(dòng)時(shí)間較長，4種方案的起動(dòng)機(jī)脫開均為時(shí)間脫開。
a）方案1
選擇起動(dòng)油量為下圖2中方案1。起動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速上升緩慢，起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速為41.2%，后3階段排氣溫度上升至接近起動(dòng)極限排氣溫度，S后停止起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
從起動(dòng)不成功的現(xiàn)象看，2階段起動(dòng)機(jī)脫開時(shí)排氣溫度為4方案中最高，可見起動(dòng)前期溫度上升較快，而后期排氣溫度上升至其起動(dòng)排氣溫度最大值，故將起動(dòng)供油規(guī)律調(diào)整為方案2，在原始供油基礎(chǔ)上2階段段減6%油，控制前期過快上升的溫度；對(duì)起動(dòng)機(jī)脫開后3階段油量也進(jìn)行更改，減4%油，抑制排氣溫度上升。
b）方案2
采用方案2后再次起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功，起動(dòng)機(jī)脫開時(shí)轉(zhuǎn)速48.4%，較方案1有明顯提高，脫開時(shí)排氣溫度降低23℃，但起動(dòng)過程中最大排氣溫度接近極限溫度，起動(dòng)時(shí)間82s。從起動(dòng)機(jī)脫開加速至慢車轉(zhuǎn)速時(shí)間（起動(dòng)3階段）為32s，后期發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升緩慢，起動(dòng)時(shí)間仍較長，排氣溫度最大值也較高。
c）方案3
方案2雖然能夠起動(dòng)成功，但其排氣溫度在起動(dòng)機(jī)脫開時(shí)已經(jīng)較高，最大排氣溫度接近極限，起動(dòng)時(shí)間較長。故采用方案3，2階段在方案2的基礎(chǔ)上再減4%的油量，抑制前期過快排氣溫度增長；起動(dòng)機(jī)脫開后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升緩慢，在起動(dòng)3階段增加油量。從表1中可知，采用方案3后起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)成功，起動(dòng)時(shí)間縮短3s，排氣溫度最大值比方案2高5℃，起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速為45.1%，脫開時(shí)排氣溫度比方案2低31℃，起動(dòng)時(shí)間縮短2s，從起動(dòng)的情況來看，采用方案3后，雖然起動(dòng)機(jī)脫開時(shí)排氣溫度較低，起動(dòng)2階段轉(zhuǎn)速上升較慢，起動(dòng)時(shí)間較長。而發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度在3階段上升過快，起動(dòng)后段增加油量不可行。
d）方案4
方案4相對(duì)方案1在起動(dòng)2階段減小5%左右，起動(dòng)機(jī)后段后油量和方案1相同。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功，起動(dòng)時(shí)間較方案2減少6s，起動(dòng)排氣溫度最大值較方案3減小29℃，起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速47.4%，脫開時(shí)排氣溫度減小11℃，相較與其他幾次規(guī)律較好。
方案4減少了2階段段供油量，抑制了前期過快增長的溫度，同時(shí)又不至于使轉(zhuǎn)速上升過慢，使排氣溫度控制在較為合理的范圍內(nèi)；在3階段期的供油與方案1相同，使起動(dòng)機(jī)脫開后渦輪帶轉(zhuǎn)階段轉(zhuǎn)速上升在合適范圍之內(nèi)（表1）。
4 結(jié)論
通過實(shí)驗(yàn)得到以下結(jié)論：
a）對(duì)于起動(dòng)供油規(guī)律為轉(zhuǎn)速-油量規(guī)律的發(fā)動(dòng)機(jī)，合適的起動(dòng)供油規(guī)律至關(guān)重要，選擇合適的起動(dòng)供油規(guī)律能有效的降低排氣溫度最大值，縮短起動(dòng)時(shí)間；
b）所選擇的4個(gè)方案中4號(hào)方案起動(dòng)時(shí)起動(dòng)油量較為合適，抑制排氣溫度過快上升，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升快，起動(dòng)時(shí)間短。
參考文獻(xiàn)
深厚的學(xué)科積淀廣泛的學(xué)科背景
孕育了以孫曉峰教授和陳懋章院士為帶頭人的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的能源與動(dòng)力工程學(xué)院，是北航1952年建院時(shí)最早建立的兩個(gè)系之一，前身為航空發(fā)動(dòng)機(jī)系。經(jīng)過50年的建設(shè)，能源與動(dòng)力工程學(xué)院從單一的航空發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)發(fā)展成為涉及4個(gè)一級(jí)學(xué)科，擁有8個(gè)博士點(diǎn)、9個(gè)碩士點(diǎn)和3個(gè)本科專業(yè)的學(xué)科專業(yè)群。其中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)是國家首批博士點(diǎn)（1981年），1988年被評(píng)為國家重點(diǎn)學(xué)科。其所在的“航空宇航推進(jìn)理論與工程”學(xué)科是國家重點(diǎn)學(xué)科，保持國內(nèi)第一的地位。能源與動(dòng)力工程學(xué)院注重學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，現(xiàn)有院級(jí)團(tuán)隊(duì)8個(gè)，覆蓋了教師的70％，學(xué)院的科研和教學(xué)骨干基本上都在這8個(gè)團(tuán)隊(duì)當(dāng)中。在院級(jí)團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的科研需要靈活快捷地構(gòu)成大型的綜合團(tuán)隊(duì)，沖擊校級(jí)和國家級(jí)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)。以孫曉峰教授和陳懋章院士為帶頭人的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)就是院級(jí)5個(gè)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)組合構(gòu)成的教育部首批批準(zhǔn)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。
該創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)是一個(gè)年齡和專業(yè)結(jié)構(gòu)合理的團(tuán)隊(duì)，組成人員有院士、長江學(xué)者和跨世紀(jì)優(yōu)秀人才，也有全國優(yōu)秀博士論文獲得者，老中青結(jié)合，具有很大的創(chuàng)新潛力。團(tuán)隊(duì)里的每個(gè)人都有自己獨(dú)特的研究領(lǐng)域：陳懋章院士是我國著名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)專家，長期從事葉輪機(jī)氣動(dòng)力學(xué)和粘性流體動(dòng)力學(xué)研究的教學(xué)與研究工作，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域卓有建樹；孫曉峰教授在氣動(dòng)聲學(xué)、葉輪機(jī)非定常流等多個(gè)方面有著重要的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。團(tuán)隊(duì)中30多歲的年輕學(xué)者也已經(jīng)在國際上嶄露頭角，例如李曉東在計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)方面做出的顯著成績，在NASA組織的考核中被認(rèn)為是同行中最好的工作之一；全國百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文獲得者景曉東在氣動(dòng)聲學(xué)的渦聲相互作用方面的研究，被美國、英國、荷蘭的研究組重復(fù)試驗(yàn)給予驗(yàn)證；另一位全國百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文獲得者閆曉軍則在復(fù)雜結(jié)構(gòu)力學(xué)方面做出了重要貢獻(xiàn)?？梢哉f，團(tuán)隊(duì)里每個(gè)人的手里都有“絕活”。
創(chuàng)新的發(fā)展理念累累的科研碩果
該創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)是一支極具創(chuàng)新精神的團(tuán)隊(duì)，他們正在研究的課題優(yōu)勢突出，且在理論方面和技術(shù)方面都提出了不少新問題，需要從基礎(chǔ)研究著手加以逐個(gè)解決，既有巨大潛力，又有嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
作為首批批準(zhǔn)的教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)成員過去多年的研究已為新的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)積淀了深厚的基礎(chǔ)：以該團(tuán)隊(duì)成員為第一完成人先后獲得了國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，近來又在大小葉片這一先進(jìn)氣動(dòng)布局的研究中取得了突破性進(jìn)展。
談到對(duì)團(tuán)隊(duì)和創(chuàng)新的理解，團(tuán)隊(duì)成員有著自己的看法：
陳懋章：“在學(xué)術(shù)和技術(shù)上提出有引領(lǐng)作用的重大創(chuàng)新目標(biāo)，目標(biāo)要高，臺(tái)階要大，要在科學(xué)和技術(shù)上有重大意義。這種項(xiàng)目要相對(duì)穩(wěn)定，不是短平快，而是一段時(shí)期的奮斗目標(biāo)。這種重大創(chuàng)新項(xiàng)目，應(yīng)該使大家有興趣，有奔頭，成為團(tuán)結(jié)奮斗的目標(biāo)，這是團(tuán)結(jié)、組織團(tuán)隊(duì)的基本因素。”這位功成名就的院士，主張做科研要“一竿子插到底”，不但工作態(tài)度是這樣，科研內(nèi)容也是從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、工程驗(yàn)證一直進(jìn)行到型號(hào)應(yīng)用。雖然已是70歲的高齡，但他仍每天早出晚歸扎根在研究和試驗(yàn)的第一線，有時(shí)一人同時(shí)操縱著好幾臺(tái)計(jì)算機(jī)在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行研究和運(yùn)算。有人開玩笑說他像紗廠里的擋車工，穿梭于幾臺(tái)機(jī)器之間，忙了這臺(tái)忙那臺(tái)。但他不是計(jì)算機(jī)的奴隸，他正是從這些大量計(jì)算數(shù)據(jù)中，攫取關(guān)鍵信息，探究真實(shí)的機(jī)理，尋求優(yōu)化的流場。
孫曉峰強(qiáng)調(diào)：“團(tuán)隊(duì)是主題研究的結(jié)合，是學(xué)術(shù)與精神的結(jié)合，以思想為基礎(chǔ)的團(tuán)隊(duì)，才是真正的團(tuán)隊(duì)，才是有戰(zhàn)斗力的團(tuán)隊(duì)。我們的凝聚不是強(qiáng)調(diào)聽一個(gè)人的話，是要當(dāng)我們聯(lián)合起來的時(shí)候形成合力，作為一個(gè)拳頭打出去，讓別人感覺我們是一個(gè)令人刮目相看的團(tuán)體。”
創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建立以來，研究工作取得了很大進(jìn)展。不畏艱險(xiǎn)，不怕挫折，充分發(fā)揮多學(xué)科協(xié)同作戰(zhàn)優(yōu)勢，集小步為大步……這些正是這個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)能夠不斷取得重大成績的基本要素。
和諧的研究氛圍開放的研究團(tuán)隊(duì)
【論文關(guān)鍵詞】葉片類零件 工裝設(shè)計(jì) 工序數(shù)模
【論文摘要】針對(duì)目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件一葉片類零件工裝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，創(chuàng)建了三維工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的葉片類零件工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、功能、工作流程，并以u(píng)g二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了原型系統(tǒng)。通過在國內(nèi)某大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司進(jìn)行應(yīng)用，大大提高了葉片類零件工裝設(shè)計(jì)的效率，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的關(guān)鍵部件，而葉片類零件則是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零件之一，也是發(fā)動(dòng)機(jī)研制和批產(chǎn)的“瓶頸”環(huán)節(jié)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種、數(shù)量繁多，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響大、設(shè)計(jì)和制造周期長、工作量大。由于葉片類零件種類多，葉型、榫頭的形狀復(fù)雜，其工裝設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜。有效的工裝設(shè)計(jì)可以提高工裝設(shè)計(jì)效率、提高工裝(包括零部件)重用度、縮短工裝制造周期、降低工裝制造成本。
目前工裝設(shè)計(jì)選擇的cad平臺(tái)主要以電子圖板方式在企業(yè)工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用，即人工進(jìn)行工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算，然后利用cad軟件平臺(tái)進(jìn)行繪圖、出圖。其中大部分企業(yè)采用二維cad基本上只解決工裝繪圖問題，起到了電子圖板的作用，但是參數(shù)化功能不足，設(shè)計(jì)效率低。而極少數(shù)采用三維cad軟件的企業(yè)由于三維實(shí)體造型速度慢，三維實(shí)體模型虛擬裝配繁瑣，輸出符合國標(biāo)的二維工程圖速度更慢等因素并沒有在工裝設(shè)計(jì)中切實(shí)的發(fā)揮出三維cad軟件強(qiáng)大的實(shí)體造型和參數(shù)化驅(qū)動(dòng)等功能。
基于上述的工裝設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，提出以壓氣機(jī)葉片為對(duì)象，開發(fā)工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的葉片類零件的工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中不同級(jí)的葉片，很大一部分在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上一樣，裝夾方式也相同，只在尺寸上有差異，如圖1所示。因此設(shè)計(jì)這些葉片的工裝時(shí)，采用基于實(shí)例的三維工序驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，即實(shí)現(xiàn)工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)下的工裝數(shù)模自動(dòng)進(jìn)行尺寸調(diào)整，形成新的工裝數(shù)模，并通過設(shè)計(jì)者局部小的修改后，形成最終的滿足要求的新工裝。
1系統(tǒng)特點(diǎn)
本系統(tǒng)與翼寵cad彰工裝設(shè)計(jì)相比，具有以下的特點(diǎn)。
1．1實(shí)現(xiàn)工藝工裝并行設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的工藝過程設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)過程是相分離的，通常由工藝設(shè)計(jì)部門進(jìn)行零件的工藝設(shè)計(jì)，生成詳細(xì)的加工工序后，將有關(guān)信息傳遞給工裝設(shè)計(jì)部門，由它完成工裝設(shè)計(jì)。然而，建立基于面向工裝設(shè)計(jì)的工藝成熟度模型，在pdm產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)上，直接使用同一數(shù)據(jù)源三維模型，定制工藝、工裝并行設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程，從而實(shí)現(xiàn)工裝工藝的并行設(shè)計(jì)。
1．2三維工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)工裝設(shè)計(jì)
其核心思想是通過工序數(shù)模中包含的工藝特征信息(如基準(zhǔn)特征信息、定位及夾緊基準(zhǔn)信息、精度特征信息、材料特征信息和管理特征信息等)來驅(qū)動(dòng)工裝中的相關(guān)組件，使這些組件在空間位置和尺寸上做相應(yīng)的調(diào)整，從而達(dá)到自動(dòng)生成新工裝的目的。
1．3基于pdm的集成化工裝數(shù)據(jù)管理
基于pdm平臺(tái)，建立單一數(shù)據(jù)源的工裝數(shù)據(jù)庫，保證工裝數(shù)據(jù)的唯一性、實(shí)時(shí)性、有效性和安全性。工裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息包括：產(chǎn)品信息、工藝信息、已有工裝信息、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫、典型構(gòu)架．結(jié)構(gòu)庫、加工設(shè)備接口信息，工裝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等。通過對(duì)工裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的有效組織和利用，創(chuàng)造能讓工裝設(shè)計(jì)人員迅速、有效地掌握和借鑒已有工裝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的環(huán)境，從而提高工裝設(shè)計(jì)速度。
2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
基于上述特點(diǎn)，本系統(tǒng)以oracle為底層數(shù)據(jù)庫，以tcenterprise(pdm)為數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，以u(píng)gnx3．0為cad支撐系統(tǒng)，采用ug／openapi對(duì)ug進(jìn)行二次開發(fā)，運(yùn)用參數(shù)化建模方法和專家系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工裝的快速設(shè)計(jì)；所有工裝數(shù)據(jù)全部基于pdm系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，保證工裝數(shù)據(jù)的唯一性、實(shí)時(shí)l生、有效性和安全性。
基于以上思路，本系統(tǒng)由工序模型設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、工裝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、工裝實(shí)例添加子系統(tǒng)三部分組成，具體系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
3系統(tǒng)工作流程
系統(tǒng)采用工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的工裝設(shè)計(jì)方法，其工作流程，如圖3所示。
3．1建立新的工序數(shù)模
這是新工裝設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)力，是工裝模型進(jìn)行自適應(yīng)變化的信息來源。
3．2建立典型工裝裝配體模型
這是新工裝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，即典型實(shí)例模型將根據(jù)新工裝數(shù)模中的信息做相應(yīng)的變化，形成新的工裝模型。
3．3新工裝的形成過程
新工裝的形成過程主要是在新工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)下的自動(dòng)化過程。首先，需要找到合適的典型工裝；然后，將這個(gè)工裝裝配體模型另存為新名字，同時(shí)修改各組件的名字；再次，將新工序數(shù)模裝配進(jìn)去，執(zhí)行相關(guān)程序，使裝配體各個(gè)組件及相互配合關(guān)系發(fā)生改變；最后，手動(dòng)進(jìn)行某些細(xì)節(jié)的修改，從而形成最終的新工裝。
4系統(tǒng)功能
系統(tǒng)的功能主要分為三部分：工序數(shù)模設(shè)計(jì)功能、基于實(shí)例的工裝設(shè)計(jì)功能、實(shí)例添加向?qū)Чδ堋?/p>
4．1工序數(shù)模設(shè)計(jì)模塊
主要提供計(jì)算機(jī)輔助造型、數(shù)模屬性添加兩類功能。具體功能：(1)葉片零件模型葉身截型線造型功能；(2)葉身數(shù)據(jù)處理完成葉身的造型功能；(3)葉身的葉根葉尖的延伸功he；(4)凸臺(tái)的造型功能；(5)榫頭的造型功能；(6)對(duì)工序模型各部分進(jìn)行布爾并運(yùn)算生成工序模型；(7)向工序模型添加相關(guān)屬性等功能。
4．2工裝設(shè)計(jì)模塊
三維工序驅(qū)動(dòng)的工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能主要為：工裝設(shè)塊提供基于工序數(shù)模的工裝設(shè)。工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的工裝設(shè)計(jì)，其核心思想是通過工序數(shù)模中包含的信息來驅(qū)動(dòng)工裝中的相關(guān)組件，使這些組件在空間位置和尺寸上做相應(yīng)的調(diào)整，從而達(dá)到自動(dòng)生成新工裝的目的。改設(shè)計(jì)思想中包含有三個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)：工序數(shù)模包含的信息、工裝組件數(shù)模包含的信息、工裝裝配體的相關(guān)約束。
要達(dá)到上述目的，需要提取一些信息：
(1)工裝與工序數(shù)模之間的裝配信息，包括裝配元素和裝配關(guān)系。其中裝配元素是指裝配關(guān)系中直接裝配的那些組件的幾何元素，如工序數(shù)模的葉盆表面，工裝中定位銷球形表面等。裝配關(guān)系是指裝配元素之間以什么關(guān)系裝配在一起，如對(duì)齊、面貼合等。
(2)工裝裝配體組件之間的尺寸關(guān)聯(lián)信息。由于采用數(shù)模驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，所以當(dāng)用一個(gè)新的工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)工裝裝配體實(shí)例時(shí)，與工序數(shù)模直接接觸的那些組件會(huì)根據(jù)工序數(shù)模包含的信息進(jìn)行自動(dòng)的適應(yīng)性調(diào)整，包括空間位置和尺寸。這就要求其它組件也必須在空間位置和尺寸上做相應(yīng)的變化。為此，工裝裝配體各個(gè)組件之間需要建立尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系。建立關(guān)聯(lián)關(guān)系的原則是：當(dāng)一個(gè)組件的尺寸變化后，會(huì)影響到哪些組件的尺寸，如何影響。建立的尺寸關(guān)系用ug中的表達(dá)式進(jìn)行記錄，包括兩種：裝配關(guān)系中的距離表達(dá)式和組件所對(duì)應(yīng)的part文件中的特征表達(dá)式。
4．3工裝實(shí)例添加功能
這是一個(gè)向?qū)Чぞ?，引?dǎo)操作人員定義新典型工裝裝配體，并對(duì)添加相應(yīng)的屬性。
工裝實(shí)例庫中的實(shí)例是相對(duì)典型的和穩(wěn)定的工裝裝配體。實(shí)例庫的建立需要在pdm平臺(tái)下完成，要考慮實(shí)例庫和pdm之間的管理關(guān)系，以及實(shí)例庫中的實(shí)例與pdm中產(chǎn)品bom之間的關(guān)系。實(shí)例庫中工裝實(shí)例的添加、刪除、修改和查詢功能均需在pdm環(huán)境中完成。
工裝實(shí)例庫的建立需要兩方面的工作：
(1)以葉片類零件為應(yīng)用對(duì)象，對(duì)典型工裝設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)歸納，包括：典型且可以重用的零組件、零組件的尺寸參數(shù)、技術(shù)規(guī)格、圖形、設(shè)計(jì)流程，形成相應(yīng)的夾具零組件庫和工裝實(shí)例庫。
(2)工裝實(shí)例庫的構(gòu)造使用相關(guān)參數(shù)化造型等技術(shù)，在典型工裝或?qū)Ｓ霉ぱb設(shè)計(jì)完成之后，任何新的工裝設(shè)計(jì)如果滿足一定的相似條件，就可以快速的從庫中實(shí)例派生出新的工裝設(shè)計(jì)，從而解決快速設(shè)計(jì)的需求。
5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)是以u(píng)g／nx3．0為開發(fā)平臺(tái)，下面具體介紹系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)過程。
從工藝部門接到工裝設(shè)計(jì)任務(wù)后，進(jìn)入ug軟件進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)。典型工裝在pdm下進(jìn)行管理，根據(jù)制造bom的結(jié)構(gòu)，這些工裝的part文件與使用它們的那些物料關(guān)聯(lián)在一起，并建立屬性信息，表明該工裝是哪道工序使用的。生成的工序模型，如圖4所示。
下面以壓氣機(jī)葉片毛坯鍛件的第一道工序—銑進(jìn)排氣邊的工裝夾具設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行描述。首先，根據(jù)工藝規(guī)程和葉片毛坯鍛件圖，利用ug二次開發(fā)的參數(shù)化工序建模菜單，輸人參數(shù)和屬性添加進(jìn)行工序建模，生成的工序模型和各部分名稱信息，如圖4所示。根據(jù)建好的三維工序模型，在pdm下的工裝實(shí)例庫選擇工裝類型；緊接著，在ug中打開選好工裝類型模型，然后在裝配環(huán)境下調(diào)入三維工序模型，進(jìn)入ug二次開發(fā)的工裝設(shè)計(jì)菜單，根據(jù)對(duì)話框提示指出葉盆或葉背(定位點(diǎn)在葉盆就指定葉盆，在葉背就指定葉背)，接著通過遍歷工序模型得到工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的新工裝模型，最后通過適應(yīng)性裝配和局部小的修改得到完全滿足需求的新工裝模型。系統(tǒng)各菜單和葉片工序數(shù)模驅(qū)動(dòng)的新工裝，如圖5所示。
最后，調(diào)用符合設(shè)計(jì)條件的標(biāo)準(zhǔn)件后，根據(jù)設(shè)計(jì)信息利用ug軟件自身的建模功能進(jìn)行修改達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最后根據(jù)ug工程圖功能得到帶有標(biāo)注尺寸要求的工程設(shè)計(jì)圖。
關(guān)鍵詞：電火花，表面強(qiáng)化，渦輪導(dǎo)向器，金相組織，顯微硬度
電火花表面強(qiáng)化是利用電極材料與金屬材料表面間的脈沖火花放電，將電極材料熔融到金屬表面，形成合金化熔滲層。電火花放電屬于高能量密度放熱，亦成電火花熔覆或稱為脈沖電弧顯微堆焊，可以提高零件的硬度、耐磨性、腐蝕性及熱硬型等表面性能。電火花強(qiáng)化工藝方法簡單，裝備造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益明顯，因而廣泛應(yīng)用模具、導(dǎo)軌及齒輪、軋輥工件面的表面涂覆強(qiáng)化。此外還可以采用不同電極材料對(duì)工件表面的性能進(jìn)行改性處理，亦可收到非常明顯的工藝效果[1-6]。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪導(dǎo)向葉片，普遍采用高溫鎳基合金制成，使用過程中這些部件經(jīng)常出現(xiàn)裂紋等損傷。高溫合金價(jià)格昂貴，如果受損部件一次性報(bào)廢，勢必造成極大的浪費(fèi)，因此如何良好修復(fù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪導(dǎo)向葉片等熱端部件是一個(gè)亟待解決的問題。本文嘗試采用電火花技術(shù)對(duì)受損部件進(jìn)行修復(fù)。
1 試驗(yàn)步驟1.1 試驗(yàn)條件
試樣用陰極射線從渦輪導(dǎo)向器上切下，材料為鎳基高溫合金K418，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：C0.08～0.16，Cr11.5～13.5，Ti0.5～1.0，F(xiàn)e1.0，Mn0.5，Al5.5～6.4，Si0.5，Nb1.8～2.5，Zr0.06～0.15，Mo3.8～4.8，B0.008～0.02，余為Ni。試樣經(jīng)100號(hào)粗砂紙打磨，再用丙酮清洗試樣表面、干燥以脫脂。
試驗(yàn)設(shè)備為3H-ES型金屬表面強(qiáng)化修復(fù)機(jī)。輸入電壓AC220 V，單相50/60 HZ，功率1500 W，頻率70~700 HZ。采用HXS－1000型號(hào)的顯微硬度儀，測試試樣的顯微硬度。
電極為旋轉(zhuǎn)式，強(qiáng)化電極材料與試樣材料相同。試驗(yàn)中采用氬氣保護(hù)。
1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)
為了盡可能從較少的實(shí)驗(yàn)中尋找出結(jié)論，采用正交實(shí)驗(yàn)法。電火花修復(fù)試驗(yàn)工藝參數(shù)如表1所示。
表1 試驗(yàn)工藝參數(shù)
