基于Origin语言的某型教练机发动机燃油系统故障诊断与分析

刘龙园，晏 莹，邓新华，古远康，杨建勇

（中航工业洪都,江西南昌330024）

0 引言

航空发动机是飞机的心脏,是航空机械设备中故障率最高、调整最复杂、维护工作量最大的系统,其工作状态的好坏直接影响到飞机的安全可靠与运行。据统计,航空发动机的故障发生率约占整个飞机故障的30%，飞机因机械原因发生的重大飞行事故中40%左右是由于发动机故障导致的，而发动机燃油系统是发动机的关键系统之一，是保证发动机提供有效推力的必要条件，所以发动机燃油系统正常工作对发动机是非常重要的[2]。

1 某型教练机发动机

1.1 某型教练机发动机介绍

某型发动机是涡轮风扇发动机，发动机控制采用全权限数字控制系统，可以保证在任何飞行状态下，最大限度地发挥发动机的性能。该发动机具有较高的气动稳定性裕度，采用小功率的空气起动装置，推进效率较高，使用维护方便，经济性好。发动机为飞机提供推力，并驱动发电机和液压泵供给压力，飞机环控和燃油系统提供压缩空气。

与此同时该型发动机是一种双转子，双涵道的涡扇发动机。发动机主要是由风扇、带传动机匣、分流机匣、高压压气机、燃烧室、单级高压涡轮、单级低压涡轮、涡轮支撑、外机匣、转接管、排气锥、延伸筒和尾喷管口等组成。压气机和涡轮均为轴流式，采用高效短环形燃烧室，并采用单元体设计，发动机由12个主要模块组成[3]。

1.2 某型发动机燃油流量控制系统

1）发动机按以下规律（程序）的最小燃油流量

其中：GTmin程序-最小燃油流量设定（程序）值，公斤/小时。

GTmin-不随发动机的工作状态变化的最小燃油流量，公斤/小时。

GTmin状态-在每一个状态下工作时的最小燃油流量，公斤/小时。

K减速-减速系统，（公斤/小时）/公斤力/厘米2；

P高压压气机-高压压气机后的空气总压，公斤力/厘米2

2）发动机按以下规律（程序）的最大燃油流量

其中：GTmax程序-最大燃油流量设定（程序）值，公斤/小时。

GTmax-不随发动机的工作状态变化的最大燃油流量，公斤/小时。

GTmax状态-在每一个状态下工作时的最大燃油流量，公斤/小时。

1.3 某型发动机控制系统

自动控制和监控系统是带有液压机械备份控制的电子数字系统。其功能有自动控制发动机的参数；有效监控和诊断发动机；向飞机系统输出信息。

自动控制和监控系统由主系统和应急系统组成。主控制系统和监控系统为电子液压机械系统，应急自动控制系统和监控系统为液压气压系统。从主自动控制和监控系统到应急自动控制和监控系统的转换是自动的。自动控制和监控系统保证泵调节器，高压压气机可调导向器的调节器，发动机进口送压无损耗受感器，发动机及系统工作参数传感器和信号器正常工作。转应急控制系统后，发动机只有两个工作状态：0.3最大状态和0.7最大状态，当油门杆角度≥51.1°时，发动机处于0.7最大状态；当油门杆角度＜51.1°时，发动机处于0.3最大状态。

1.4 某型发动机燃油系统故障

某型发动机在进行高度H=1km，表速度V=868km/h时，发动机报出“一级故障”，下显示出现“发动机燃油流量控制故障”，发动机燃油系统由主控制系统转入到发动机燃油应急控制系统。

2 Originlab语言

Origin是美国OriginLab公司开发的图形可视化和数据分析软件，是科学工作制和工程师常用的高级数据分析和制图工具，自1991年问世以来，由于其操作简易，功能开放，很快就成为国际流行的分析软件之一，是公认的简单易学、操纵灵活功能强大的软件，既可以满足一般用户的制图需要、也可以满足高级用户数据分析函数拟合的需要。在国内，其使用范围也越来越广泛[1]。

2.1 发动机工作参数曲线

运用OriginLab公司开发的图形可视化和数据分析软件Origin分析某型发动机数据，绘制了发动机油门杆、飞行高度、飞行速度、发动机消耗燃油流量、发动机排气温度、发动机高压转子转速和发动机低压转子转速参数曲线，如图1所示。

2.2 燃油流量控制故障原因

根据图1曲线可以看出，发动机在进行高度H=1km，表速度V=868km/h时，发动机在最大状态下的供油量超过了发动机在各个状态的最大燃油流量软件值GT=2300kg/h，FADEC就认为此时发动机燃油流量控制系统出现了故障，于是发动机从主燃油流量控制转为发动机应急流燃油量控制。

3 燃油流量控制故障解决措施：

1）发动机特性

某型发动机在较宽的工作状态、大气条件、飞行高度和速度范围内工作，因此，其参数值（推力、燃油流量、转子转速、空气流量、涡轮前和涡轮后的燃气温度、压气机后的空气压力）变化很大。这些变化表现为下列三种特性：节流特性、气候特性和高度速度特性，如图2所示。

2）同时结合某型发动机在平时飞行过程中积累的飞行数据，得出飞机在各个高度下以1000km/h表速飞行时所消耗的燃油流量，如表1所示。

图1 发动机工作参数曲线

图2 发动机三大特性

表1 各高度表速1000km/h时实际燃油流量

根据上述发动机的三大特性以及结合某型发动机在平时飞行过程中积累的飞行数据，得出飞机在各个高度下以1000km/h表速飞行时所消耗的燃油流量情况得出解决措施为：对某型发动机控制系统进行更改，当燃油流量小于2300Kg/h时，则允许燃油流量继续上升，直到T4到达791℃时，燃油流量不再上升，发动机的消耗流量最大为燃油流量调节器的最大允许流量2500Kg/h，此时发动机燃流量控制不会转为发动机燃油应急控制 （同时发动机控制软件没有进行更改前，发动机只允许在1500米以下，V=800Kg/h下飞行）。

4 发动机控制软件更改后发动机工作曲线

发动机控制软件更改后，根据图3曲线，可以看出，发动机在进行高度H=1km，表速度V=868km/h时，发动机在最大状态下的供油量没有超过发动机在各个状态的最大燃油流量软件值（GT=2300kg/h），发动机在主燃油流量控制系统下工作正常。

图3 发动机工作参数曲线

5 结语

某型教练机在进行高度H=1km，表速度V=868km/h的飞行时，其发动机在最大状态下的供油量超过了发动机在各个状态的最大燃油流量软件值（GT=2300kg/h），FADEC就认为此时发动机燃油流量控制系统出现了故障，于是发动机从主燃油流量控制转为发动机应急流燃油量控制。根据上述发动机的三大特性以及结合某型发动机在平时飞行过程中积累的飞行数据，得出飞机在各个高度下以1000km/h表速飞行时所消耗的燃油流量情况，对某型发动机控制系统进行更改，当燃油流量小于2300Kg/h时，则允许燃油流量继续上升，直到T4到达791℃时，燃油流量不再上升，发动机的消耗流量最大为燃油流量调节器的最大允许流量2500Kg/h，此时发动机燃流量控制不会转为发动机燃油应急控制，解决了某型发动机燃油流量控制故障。

[1]周剑平.精通Origin7.0.北京：北京航空航天大学出版社，2004，3.

[2]宫宝成.航空发动机燃油和控制系统.高等教育出版社，2001，4.

[3]某型发动机技术使用说明书.

[4]某型飞机技术维护使用说明书.

[5]宫宝成.航空发动机自动装置.高等教育出版社,2001，4.