某型航空发动机Ng转速显示摆动故障分析与研究

某型航空发动机Ng转速显示摆动故障分析与研究

胡忠仲谢培

中国航发常州兰翔机械有限责任公司江苏常州213022

摘要：航空发动机燃气涡轮转速Ng是保障飞行安全一个重要指标，某型航空发动机在使用过程中有Ng转速显示摆动故障，本文结合故障现象，通过对转速传感器开展相关试验与分析，准确找到故障原因所在，对保障飞行安全有着重要意义。

关键词：航空发动机、转速传感器、转速摆动

1故障现象

某型航空发动机转速传感器XX-3随发动机工作时，用户反映飞参显示发动机燃气涡轮转速Ng摆动现象多发，转速摆动量最大可达到±1500r/min。

2传感器工作原理简介

XX-3转速传感器由转子轴（尾轴）和永久磁钢组成，尾轴通过发动机传动方孔的联动感受发动机燃气发生器转速Ng，形成交变旋转磁场，于是在定子线圈内感应产生三相交流电，该感应电压信号的频率与转子转动的频率(或转速)成正比。与之配套的XX-29转速/桨距位置信号处理机通过采集传感器输出的频率信号，按特定比例转换输出显示为转速信号[1]。

3故障分析与排查

3.1故障树建立

针对XX-3转速传感器转速显示摆动现象为顶事件建立故障树，划分为5个底事件，见图1。

图1Ng转速显示摆动故障树

3.2故障树排查

根据传感器工作原理及返厂复测等情况，对5个底事件排查如下：

a）根据故障转速传感器返承制厂检查结果，传感器本体故障底事件可以排除；

b）查阅飞参，对出现Ng转速摆动的发动机，其燃气涡轮出口温度及燃油消耗量未出现波动，输出轴扭矩及发动机功率也未出现波动，发动机工作无异常，因此燃调故障底事件可以排除；

c）XX-29转速/桨距位置信号处理机共处理了四路传感器的信号，其他路信号均未出现故障，因此XX-29处理机故障可以排除；

d）根据产品的结构和工作原理，如果尾轴与发动机方孔间隙大（要求值：0.113～0.119mm），传感器输出信号频率就会产生小范围的波动，由于XX-29是实时按比例放大输出转速信号，就会造成转速波动较大，因此轴/孔间隙过大底事件无法排除；

e）如果XX-3转速输出信号不稳定，XX-29的调理电路滤波算法不佳，也将导致转速显示值摆动[2]，因此XX-29不能包容XX-3转速传感器输出信号误差底事件无法排除。

经过以上排查，轴/孔间隙过大、XX-29不能包容XX-3转速传感器输出信号误差两个底事件不可排除。

3.3验证试验

对使用过程中反映转速摆动量较大的某架飞机，制作了轴/孔间隙为0.03mm的XX-3试验件随机试验，换装试验件后，转速摆动量由之前的±1000r/min下降至±150r/min。

为进一步分析轴/孔间隙对转速摆动的影响，继续制作与方孔间隙分别0.12mm、0.22mm（记为间隙1、间隙2）的两个试验件在试验台开展了以下试验（见表1），试验过程中用示波器观察、记录传感器输出波形（图2、图3）。

图2间隙1状态输出波形图3间隙2状态输出波形

由图2、图3可知，两个间隙状态下的转速传感器输出波形品质均较差。

表1试验项目与试验结果

由表1可知，XX-29不能包容XX-3输出品质差的问题，而第三方采集器及XX-79则可以；给XX-29并联第三方采集器或RC电路后，对转速摆动现象大幅改善，因此改进优化XX-29内部调理电路具有可行性[2]。

3.4故障原因

根据XX-3转速传感器试验件随机试验情况可知，减小轴/孔间隙能在一定程度改善转速摆动现象，但不能完全消除此故障。

轴/孔间隙的大小对转速摆动有影响，但可通过采集器处理后使输出转速信号平稳，结合图2、图3可知，Ng转速显示摆动的原因为：XX-3转速传感器输出品质差，同时XX-29转速/桨距位置信号处理机不能完全包容其输出信号。

4解决措施

针对该型转速传感器使用过程中出现的转速显示值摆动现象，为了消除该故障保证飞行安全，结合上文采取以下措施：

a)改进XX-3转速传感器，使其输出信号平稳；

b)优化改进XX-29转速/桨距位置信号处理机处理算法，使其能够包容传感器输出误差。

结语：本文围绕某型航空发动机转速传感器使用过程中Ng转速摆动故障开展了研究，首先介绍了传感器工作原理，通过故障分析与排查，再结合相关试验确定了故障原因，最后提出了解决措施。

参考文献：

[1]张立伟，张瑞，李娜.某型航空发动机转速摆动问题研究及验证[C].中国航空学会第八届动力年会,2015:24-27.

[2]高广华.基于航空发动机的转速测量的研究[J].测控技术,2012(31):75-77.