基于小型涡喷发动机的试车训练装置的设计

孙翔龙 任再青 李亚歌

摘要：为满足发动机试车科目训练要求，设计一型基于小型涡喷发动机的试车训练装置。阐述了该训练装置的功能、组成、工作原理和使用方法。该装置经济性好，操作方便，安全性好，能满足教学训练要求。

关键词：训练装置;试车;涡喷发动机

1 引言

发动机试车是检测飞机发动机性能的一种重要、经常的手段，是航空维修机械专业学员必须掌握的一项技能。在教学实施的过程中，若使用实装飞机进行发动机试车，则有危险性高、耗费大、保障复杂、受天气制约等缺点;若使用模拟试车练习器进行发动机试车训练，则有仿真度不高、设备故障率高等问题。针对此问题，可使用基于小型涡喷发动机的试车训练装置进行模拟练习和实装试车之间的过渡训练。该训练装置具有耗费小、相对安全、可在室内进行等优点。该训练装置可进行发动机主要性能参数的检查，具备使学员达到理解发动机性能衡量标准和会进行参数检测教学目标的功能。同时，该训练装置还具有外场条件下实装飞机试车所不具备的一项功能，即：能够进行发动机推力的测量，绘制出发动机转速特性曲线，从而加深学员对发动机工作特性的理解。

2主要功能

該装置的主要功能是实现小型涡喷发动机的起动、停车和使发动机处于不同的工作状态，并能够进行发动机起动温度、起动时间、停车时间及各状态的转速、排气温度、推力等发动机性能参数的测量。该装置具有相应的安全性和可靠性设计。

3组成及工作原理

训练装置由小型涡喷发动机、发动机控制单元、控制手柄、地面控制单元、推力测量系统、燃油供给系统、工作台架组成。训练装置组成原理如图1所示：

3.1小型涡喷发动机

小型涡喷发动机是训练装置的核心，也是试车的操作对象。以推力适中、性能可靠的航模用涡喷发动机为基础，利用原有参数传感器或增添相应的参数传感器和接口线路即制作成试车训练用的小型涡喷发动机。如航模用涡喷发动机JetCat P130-RX即满足要求，该发动机由压气机、燃烧室、涡轮组成。

3.2发动机控制单元

发动机控制单元的核心部件是单片机和控制程序。工作时，采集发动机转速、排气温度及油门杆位置数据，根据控制程序解算后控制发动机供油量。

3.3控制手柄

控制手柄由油门杆和通信链路组成。使用油门杆起动发动机并控制发动机的工作状态。通信链路将油门位置数据传到发动机控制单元。

3.4地面控制单元

地面控制单元包括发动机转速传感器、排气温度传感器、电路接口和监视器。地面控制单元监控发动机转速、排气温度和发动机推力，使得试车人员能够通过监视器实时观测到发动机的性能参数。

3.5推力测量系统

推力测量系统由固定支架和推力传感器两部分组成。发动机固定在固定支架上。固定支架放置在滑轨上，并与推力传感器相连。发动机工作时推动固定支架在滑轨方向产生与推力大小成比例的位移。该位移经推力传感器测量后即得出发动机推力。

3.6燃油供给系统

燃油供给系统由油箱、油泵、输油管路、油滤、关断阀组成，将工作用航空煤油稳定、可靠地供应给发动机。油箱的功能是储存燃料。油泵的功能是将燃料增压后供给发动机，保证发动机工作可靠。输油管道的功能是提供燃料流通通道，输油管道连接到发动机控制单元，经发动机控制单元调节供油量后再供给发动机。油滤的功能是保证供给发动机的燃料无杂质。关断阀的功能是根据需要将油箱和发动机之间的燃料通道断开。

3.7工作台架

工作台架的是其它部件的安装容器和平台。燃油供给系统的油箱、油泵、油滤、关断阀、部分输油管路及安全保护罩布置在台架内部;发动机、发动机控制单元、参数测量系统、推力测量系统布置在台架上部。

4使用方法

训练装置在使用分为准备工作、发动机起动、发动机参数检测、发动机停车、恢复工作和数据处理几个步骤。训练装置在使用过程中要注意安全注意事项。

4.1准备工作和安全注意事项

（1）实习前要检查台架是否清洁干净，务必清理可能吸入发动机进气口的杂物。

（2）实习前要检查训练装置各部附件固定牢靠，防止发动机工作过程中出现机件松脱、漏油等问题。

（3）为防止意外着火，发动机工作过程中灭火瓶必须随时准备好。

4.2发动机起动

（1）打开控制手柄开关。

（2）将控制手柄上的油门杆推到最大再拉到最小，此时向发动机控制单元发出起动信号。在发动机控制单元的控制下起动电机开始带转、点火棒开始加热、起动供油泵开始供油，发动机开始起动。

（3）发动机到达怠速转速时，在发动机控制单元的控制下起动结束

4.3发动机参数检测

（1）略推油门杆，使发动机转速上升到60000rpm，对发动机进行暖机。

（2）收油门杆使发动机转速降低到慢车转速。

（3）推油门杆使发动机转速上升，待转速稳定后记录下发动机的转速、排气温度和推力。重复几次该过程直到发动机转速达到最大转速。

（4）收油门杆使发动机转速降低到慢车转速，对发动机进行冷机。

4.4发动机停车

（1）关闭操作手柄电源，给发动机控制单元发出停车信号。

（2）发动机在发动机控制单元的控制下会带转工作一段时间以进一步冷却发动机，随后停车。

4.5恢复工作和数据处理

（1）断电、断油，清理试车训练装置。

（2）记录数据和进行相应推算得出发动机性能参数，包括发动机转速、推力、排气温度、耗油量和耗油率。

（3）绘制发动机转速特性曲线，即发动机推力和耗油率随转速的变化曲线。

（4）绘制排气温度随转速的变化曲线。

参考文献：

[1]黄翠翠.MCS-51单片机原理及应用[M].北京大学出版社.2013.8

[2]李伟，陈迪，胡强.基于MSP430和ST16C554的JetCat发动机监测控制器设计[J].四川兵工学报.2013.12

（作者单位：空军工程大学航空机务士官学校;a.航空机械工程系;b.学员二队）