袁春林
中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司 贵州 贵阳 550009
摘要：民用航空发动机是指用于航线运营商业运输飞机的动力和通用航空的动力，其中应用最广泛的是大涵道比涡扇发动机。民用航空发动机和军用航空发动机相比有着明显的区别，使用了特殊的设计技术，满足了“舒适性、环保性、经济性、安全性”四性方面的特殊要求，尤其是在环保性方面有了更加严格的规定。
关键词：高温燃油对航空发动机控制系统的影响
前言：民航发动机的控制技术在近年来发展十分迅速，为了适应高性能和高精度的要求，民航发动机控制技术经历了从传统的液压机械式控制向数字电子控制的转变阶段，并且经历了从单个部件到整体、从模拟式到数字式、从有限功能到全权控制的发展过程。在航空发动机中，除了风扇、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等主要部件外，还有一些保证发动机运行的辅助系统，如起动系统、燃油系统、滑油系统和冷却系统等。
一、航空发动机燃油控制系统
发动机处于工作状态时，燃油系统也正常工作。燃油由飞机的油箱流出之后，经过一系列的元器件，如防火开关、离心增加泵及燃油附件等，燃油进入主燃油供油装置。主燃油装置对燃油进行增压控制和流量控制，燃油经过主、辅燃油总管，经过工作喷嘴直接喷入主燃烧室。主燃油数字控制系统包括主燃油柱塞泵、燃油开关分配器、随动活塞、定压差活门、限油阀、断油阀、转换活门、分油活门、电液伺服阀、短路阀、LVDT 位移传感器等组成。液压备份系统间图1 的虚框部分，主要包括离心飞重、分油活门、定压差活门三部分。通过理论计算得到燃油的流量，电子控制器将与燃油流量对应的随动活塞位置电信号输出到电液伺服阀实现随动活塞位置的控制。LVDT 采集到随动活塞的位置信号将其传送给电子控制器，形成闭环回路控制。当两者有差值时就继续输出信号直至驱动随动活塞到给定位置，通过改变斜盘角度来控制燃油流量。数控状态下，连通电磁阀通电，接通油门开关前后腔的油路，使压差活门不起作用。发动机需要的主燃油流量由电子控制器计算给出。
二、高温燃油对航空发动机控制系统的影响分析
1.燃油温度升高对燃油特性的影响主要体现在密度、运动粘度、饱和蒸气压、橡胶相容性四个方面，具体论述如下：一是密度。随着燃油温度的升高，燃油的密度减小，会给发动机控制系统的温度补偿带来较大困难，易出现贫油和富油的情况。二是运动黏度。随着燃油温度的升高，燃油的运动黏度减小，使发动机控制系统执行机构的流体动力润滑性变差，增加泄由量。三是饱和蒸汽压。温度越高燃油的饱和蒸汽压越大，当燃油系统内压力低于燃油饱和蒸汽压时，出现燃油汽化造成燃油流量减小或中断，形成气塞。四是橡胶相容性。燃油温度越高橡胶件的耐油系数越小，将导致橡胶硬化，易出现裂纹。
2.燃油温度直接影响航空发动机的性能和工作状态，油温过高或者是过低都会对系统的安全运行和正常运行产生严重的影响，严重时还会产生系统故障和失效的情况，因此，应该加强这方面的研究，避免出现严重的后果。航空燃油通常会含有一部分的溶解空气，如果油液压力持续降低，其中含有的溶解空气就会分离出来形成气泡。如果压力降低到相应温度的饱和蒸汽压时，油液会出现沸腾汽化的现象形成大量的气泡。
气泡与油液一起流至高压区之后会迅速破裂，造成局部的冲击，致使温度和压力骤然升高；同时油液中逸出相应的气体具有很强的酸化作用，会对零件的表面造成腐蚀作用。随着燃油温度的升高，燃油的饱和蒸气压也会相应的增大。如果燃油的饱和蒸气压持续升高至高于燃油系统进口的最低压力时，柱塞泵的进口燃油出现汽化的现象，会对柱塞泵造成腐蚀。为了避免这样的情况发生，延长柱塞泵的使用寿命，通常会对发动机进口燃油的温度进行限制，要求其不高于90 ℃。
3.发动机控制系统的电液转换由电液伺服阀控制，它具有非常重要的作用。如果该器件的性能良好，可以提高发动机控制系统的精度。为了确保该器件的性能，一定要控制燃油温度。因为燃油温度越高，则它的性能越差。曾经有专家学者对航空发动机控制系统的电液伺服阀进行温度试验，得出如下的结论：燃油温度与电液伺服阀的性能成反比，燃油温度升高则电液伺服阀的零位漂移、滞环、额定流量、滑阀剪切力、内漏、分辨率、频率特性等性能均呈现下降的趋势，直接造成发发动机控制系统的不精准。
4.高温燃油对LVDT 的影响。航空发动机控制系统中LVDT 的主要作用是测量随动活塞等重要的控制变量的位置，与电液伺服阀、电子控制器、一起构成闭环控制回路，燃油温度越高，它的控制精度也变差，并且对于不同批次、不同厂家生产的LVDT，其受燃油高温影响的程度也不相同。
5.高温燃油对航空发动机液压系统的影响。除了上述的不利影响之外，高温燃油会对航空发动机的液压系统产生负面的影响，造成液压系统故障，其不利影响主要体现在以下几方面。给液压系统的安全运行带来危害燃油温度越高，粘度越低，流动性增强，液压系统的内泄漏量相应增加，系统的工作效率相应下降，还会提高油液氧化的速率，形成一些胶状物。这些胶状物沉积在燃油过滤器、燃油喷嘴、液压机械装置的活门间隙、燃滑油散热器上，堵塞一些控制小口，对这些器件产生不利影响，使得密封件、软管等橡胶器件过早老化、失效，破坏油液的润滑作用，容易导致系统及其部件工作失灵，系统无法进行正常的工作。此外，高温燃油还会加速一些易挥发成分的挥发，在器件表面形成薄膜，影响系统的正常运行。影响高精度液压伺服系统的控制精度燃油温度越高，流动性增强，引起一些机构的热变形。如果液压伺服系统的控制精度较高，由高温燃油造成的机构热变形和油液流动特性变化会使液压伺服系统不能达到控制精度要求，最终不能正常工作。
6.燃油温度过高，会对发动机的燃油控制系统和液压系统产生不良的影响，使其控制精度变低或者是缩短零件的使用寿命。因此，为了避免这个问题的发生，应该加强温度限制器的研究，设计好之后采用AMESim 软件建立仿真模型，对其进行方针测试其性能，以便更好地改进。温度控制系统是发动机燃油控制系统的重要组成部分，限制温度不超过规定值，它由电磁铁、衬套、活门、油滤及进、出口管接头等组成。高速阀是电、磁、机、液四者的非线性耦合系统，但是由于结构数据相对比较欠缺，不能根据这些数据进行精确的仿真模型构建，则根据高速开关电磁阀的工作原理，构建了简易的仿真模型。设计的高速开关电磁阀采用单片机对其进行控制，根据输入的电流信号或电压信号的大小，产生一个与之对应的PWM 实现控制。
结束语：随着发动机燃油温度的升高，燃油本身的特性发生变化，使发动机控制系统的控制精度和可靠性降低，且燃油对滑油系统的冷却效率大大降低。为了保证发动机控制系统的控制性能，并能给发动机滑油系统有效散热，应对发动机燃油系统的燃油温度进行限制，通常应限制发动机燃油的最高温度不超过150℃，以保证发动机在可靠工作的同时以最大能力承担飞机的散热任务。
参考文献：
[1]陈战斌，吕美茜，魏锦洲.某民机燃油系统负加速度供油性能试验分析[J]. 科学技术与工程，2019（35）：8820-8823.