TAE125發(fā)動機(jī)培訓(xùn)資料-綜述

目錄1柴油發(fā)動機(jī) 21.1功能 21.2共軌噴嘴 32TAE125系列航發(fā) 32.1關(guān)于引擎 32.2燃油系統(tǒng) 52.3潤滑 72.4冷卻系統(tǒng) 72.5(感應(yīng))系統(tǒng)和渦輪增壓 82.6螺旋槳控制系統(tǒng) 92.7電子系統(tǒng) 102.8性能 103.FADEC系統(tǒng) 113.1功能 113.2FADEC的冗余設(shè)計(jì)和故障診斷 134.結(jié)論 18

總覽TMG是大陸發(fā)動機(jī)集團(tuán)的分支機(jī)構(gòu)，中航國際旗下的公司。自2001年TMG為通用航空生產(chǎn)柴油活塞航空發(fā)動機(jī)以來，現(xiàn)在被推廣為大陸柴油發(fā)動機(jī)。由TMG公司生產(chǎn)的大陸柴油發(fā)動機(jī)包含，液冷、渦輪增壓、直列式4缸和帶有雙凸輪軸4缸V6共軌柴油發(fā)動機(jī)以及FADEC系統(tǒng)。這些發(fā)動機(jī)由但油門控制，并裝備有減速齒輪、離合器/雙質(zhì)量飛輪和可變槳距螺旋槳。所有以上發(fā)動機(jī)都可以使用標(biāo)準(zhǔn)JET航煤驅(qū)動。發(fā)動機(jī)包含135馬力-310馬力。功率型號市場名稱現(xiàn)狀99kWTAE125-01TAE125-02-99Centurion1.7CD-135（以前叫Centurion2.0）2005年停產(chǎn)在售114kWTAE125-02-114CD-155（以前叫Centurion2.0s）在售221kWN/ACD-300（V6engine）在開發(fā)228kWCenturion4.0-BE228seriesCenturion4.0（V8engine）放棄開發(fā)TAE125發(fā)動機(jī)適用于任意比例的JET航煤和automotive柴油混合而無需采取其他操作。本文檔旨在提供發(fā)動機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)的簡介，各主題的更詳細(xì)內(nèi)容參照后續(xù)文檔，本文檔默認(rèn)讀者了解常規(guī)活塞汽油航空發(fā)動機(jī)的控制和特點(diǎn)。1柴油發(fā)動機(jī)1.1功能本節(jié)旨在給讀者一個(gè)關(guān)于柴油發(fā)動機(jī)操作的簡要印象，由于使用中不同于汽油發(fā)動機(jī)，汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)有兩點(diǎn)主要不同：柴油發(fā)動機(jī)是質(zhì)量控制，而汽油發(fā)動機(jī)是數(shù)量控制。柴油發(fā)動機(jī)沒有點(diǎn)火系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)有中置冷卻，進(jìn)氣在渦輪增壓以后將被冷卻以提高效率。增壓系統(tǒng)的壓力被控制在2275-2350mbar之間，進(jìn)氣壓力的升高是必要的。主要機(jī)械系統(tǒng)將在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)討論。2.2燃油系統(tǒng)TAE125發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的安裝與常規(guī)汽油發(fā)動機(jī)的安裝類似，僅有一些小改動?；谌加拖到y(tǒng)的安裝，燃油經(jīng)由燃油選擇活門從兩個(gè)油箱中的一個(gè)或兩個(gè)和輔助電動油泵(鉆石飛機(jī)未安裝)流向燃油濾模塊。由于柴油的獨(dú)特性質(zhì)，該油濾不同于引擎回流的熱油用于加熱冷油（鉆石飛機(jī)未安裝）。當(dāng)燃油溫度達(dá)到60度時(shí)，該模塊停止工作。然后燃油經(jīng)過低壓泵壓力升至3.5bar流向高壓泵。在高壓泵中燃油壓力升至1350bar。高壓導(dǎo)致燃油溫度升至70度。從油泵到高壓共軌給噴嘴供油。余油回流到油濾經(jīng)由然有選擇活門回流油箱?；亓鞯母邷厝加涂梢越o油箱加溫。圖2.展示了燃油系統(tǒng)的流程圖。2.3潤滑TAE125系列發(fā)動機(jī)裝備有濕油底殼潤滑系統(tǒng)?；蛷陌l(fā)動機(jī)油底殼經(jīng)過內(nèi)置油泵、滑油濾到恒溫器。油壓被油泵室內(nèi)的機(jī)械閥門調(diào)節(jié)到大約4.5bar(取決于油溫和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)。恒溫器根據(jù)油溫將滑油分配到滑油冷卻器或者直接進(jìn)入發(fā)動機(jī)潤滑渦輪增壓系統(tǒng)。在溫度78度時(shí)，恒溫器的滑油冷卻開啟，在94度時(shí)，滑油冷卻閥門全開?；蜏囟鹊纳舷奘?40度?；驮跐櫥耐瑫r(shí)，可以冷卻活塞的下部。發(fā)動機(jī)中的滑油直接回流到油底殼，流到渦輪增壓系統(tǒng)內(nèi)的滑油收集到儲油池中泵回油底殼。圖3.顯示滑油系統(tǒng)的流程圖。引擎由全合成多級滑油潤滑，外界溫度不影響輪滑系統(tǒng)。參照維修維護(hù)手冊查找維修間隔和潤滑系統(tǒng)限制滑油規(guī)格以及滑油管路更換間隔。2.4冷卻系統(tǒng)由于TAE125系列發(fā)動機(jī)是液冷，所以必須有冷卻系統(tǒng)。冷卻水從水泵經(jīng)過發(fā)動機(jī)冷卻發(fā)動機(jī)后流向恒溫器。根據(jù)冷卻液的溫度，冷卻液直接流向水泵或者流向散熱器。恒溫器在84度完全關(guān)閉，94度完全打開。這確保了發(fā)動機(jī)快速升溫而不會過熱或者驟冷。有一個(gè)附加的第三循環(huán)允許熱的冷卻液經(jīng)過熱交換器提供座艙加溫，這個(gè)循環(huán)始終開啟并且座艙溫度可控(座艙內(nèi)可調(diào))。在冷卻系統(tǒng)內(nèi)部的最高點(diǎn)有一個(gè)膨脹管以保證冷卻液的水位。圖4.展示了冷卻系統(tǒng)的流程圖。2.5(感應(yīng))系統(tǒng)和渦輪增壓發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)與常規(guī)汽油發(fā)動機(jī)沒有大的不同。進(jìn)入的空氣經(jīng)過空氣濾進(jìn)入渦輪增壓器內(nèi)被壓縮。當(dāng)空氣濾被堵塞或者冰凍，備用空氣活門可以提供進(jìn)氣。備用空氣活門需要飛行員在座艙內(nèi)手動打開。因?yàn)樵谶M(jìn)氣入口和渦輪之間沒有易于結(jié)冰的地方，所以沒有其他預(yù)防措施防冰。因?yàn)榧訅簳?dǎo)致溫度大幅升高，所以中置冷卻器用來冷卻熱空氣。之后通過進(jìn)氣總管進(jìn)入發(fā)動機(jī)。最終發(fā)動機(jī)排出的氣體在排除之前經(jīng)過渦輪增壓器。廢氣驅(qū)動增壓渦輪以提高總管壓力，F(xiàn)ADEC根據(jù)RPM、測定的總管壓力和Pbaro得出增壓系統(tǒng)的目標(biāo)值。該目標(biāo)值動態(tài)調(diào)節(jié)，渦輪增壓器旁邊有一個(gè)壓力控制閥，通過控制該閥門的開閉可以調(diào)節(jié)壓力?？刂崎y利用渦輪增壓器增壓端的壓力控制隔盒，隔閡開口與廢棄活門間有連桿連接，該活門的開度決定了廢氣進(jìn)入增壓系統(tǒng)的量。圖5.顯示了進(jìn)氣系統(tǒng)的流程圖，這里的渦輪增壓器沒辦法手動控制，后續(xù)章節(jié)有詳細(xì)描述渦輪增壓器電控系統(tǒng)。2.6螺旋槳控制系統(tǒng)螺旋槳的控制功能通過齒輪箱油來實(shí)現(xiàn)。齒輪箱油泵給CSU泵油。齒輪箱油通過油泵之后，流經(jīng)油濾和釋壓閥門。在到達(dá)實(shí)際控制閥門之前，齒輪箱油壓被調(diào)節(jié)到恒定的20bar。TAE02系列發(fā)動機(jī)的油濾被安裝在齒輪箱泵殼體；釋壓閥門被安裝在齒輪箱泵和CSu的底盤上。螺旋槳控制發(fā)調(diào)節(jié)到螺旋槳的油壓以控制槳距?？刂崎y門的回油被用來潤滑齒輪箱。螺旋槳控制閥門由FADEC發(fā)出的電信號控制，飛行員無法直接控制槳距。螺旋槳本身是可變槳距螺旋槳；在單發(fā)飛機(jī)上，升高油壓會導(dǎo)致槳距變大；減少槳距由伺服彈簧控制。圖6.顯示了槳距控制的流程圖。2.7電子系統(tǒng)由于FADEC控制發(fā)動機(jī)不能斷電，所以，電力系統(tǒng)在安裝時(shí)被重新配置和布線。FADEC系統(tǒng)本身是冗余系統(tǒng)，它依賴兩個(gè)分離、冗余的供電。一個(gè)包含90A/14V（70A/28V）的發(fā)電機(jī)，另外一個(gè)包含35Ah（25Ah@24V）的機(jī)身電池。所有其他用電部分被單獨(dú)接到一個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)以應(yīng)急。由于FADEC需要用電，所以其他用電項(xiàng)目總計(jì)不能超過70A。電池失效后可以保證FADEC正常工作。在發(fā)電機(jī)失效后，全系統(tǒng)正常工作大約可以持續(xù)兩小時(shí)。該系統(tǒng)有一定的防雷和抗電磁干擾(100V/m)效果。發(fā)動機(jī)裝配有1.7/2.5kW的由內(nèi)置繼電器驅(qū)動的啟動機(jī)。啟動機(jī)接地與曲軸箱相連。供電直接連接電池而沒有保險(xiǎn)絲，因?yàn)閱訒r(shí)有極大的電流。繼電器由座艙內(nèi)的啟動按鈕觸發(fā)。待續(xù)2.8性能TAE125-01和TAE125-02系列發(fā)動機(jī)在6000ft高度一下，可以輸出135匹/約合99kW的連續(xù)功率。在巡航高度在18000ft時(shí)，輸出功率約為97匹。TAE125-114發(fā)動機(jī)最高可輸出155匹/約合114kW功率，8000ft巡航時(shí)功率可達(dá)132匹。正常巡航燃油消耗量約為17.5l/h（4.5gal/h）發(fā)動機(jī)干重134kg(301lb).表1.顯示了125-01發(fā)動機(jī)和來康明O-320發(fā)動機(jī)的功率曲線對比。3.FADEC系統(tǒng)3.1功能TAE125系列發(fā)動機(jī)在操作上與常規(guī)發(fā)動機(jī)最大的不同就是FADEC系統(tǒng)的使用。全電控系統(tǒng)允許飛行員單油門桿操作控制所有發(fā)動機(jī)參數(shù)。飛行員僅需選擇油門桿負(fù)載，F(xiàn)ADEC系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)包括螺旋槳槳距在內(nèi)的所有參數(shù)。圖7.顯示了FADEC的功能。這個(gè)模塊從傳感器采集數(shù)據(jù)，包括負(fù)載選擇、實(shí)時(shí)變量包括空氣溫度、，發(fā)動機(jī)溫度和外界大氣壓力以此控制噴油（時(shí)間和量）、槳距和增壓系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)控制通過發(fā)動機(jī)控制圖表(enginecontrolmap)來完成。圖8.顯示了控制總管壓力的控制圖表。在開發(fā)階段，特定條件下的增壓目標(biāo)值被測試出來，改圖表顯示了特定轉(zhuǎn)速和氣壓下所需達(dá)到的總管壓力。然后總管壓力目標(biāo)值被用來調(diào)整進(jìn)氣溫度和冷卻液溫度。例如噴油量和時(shí)間以及螺旋槳的控制都是用類似的方法。后續(xù)有更詳細(xì)的描述。3.2FADEC的冗余設(shè)計(jì)和故障診斷圖9顯示了FADEC控制盒子。為確保系統(tǒng)的冗余，它包含了兩個(gè)分開的冗余的ECU。兩個(gè)ECU都有總管壓力和大氣壓力傳感器。通過繼電開關(guān)和管線連接在一個(gè)安裝座上。兩個(gè)ECU同時(shí)工作，單個(gè)激活。兩個(gè)ECU同時(shí)監(jiān)控并計(jì)算相互的健康值。如果其中一個(gè)ECU不是完全健康則自動切換到另外一個(gè)，之后發(fā)動機(jī)告警燈會亮起并將該事件計(jì)入發(fā)動機(jī)日志。發(fā)動機(jī)日志是一個(gè)簡單的文件，存儲故障的時(shí)間，日期，持續(xù)時(shí)間和錯(cuò)誤性質(zhì)。如果必要，飛行員可以將ECU強(qiáng)制切換到另外一個(gè)。ECU默認(rèn)的健康值是9，表2顯示了不同故障下發(fā)動機(jī)的健康值和替代參數(shù)。表外的故障出現(xiàn)后ECU的健康水平降至7.超出圖表限制的故障不會直接影響發(fā)動機(jī)操作。但ECU健康水平會降低發(fā)動機(jī)警告燈會亮起提示飛行員發(fā)動機(jī)不正常。FADEC持續(xù)調(diào)節(jié)所有參數(shù)到測量后的值0。在其他任何發(fā)動機(jī)上，超出此限制的操作都是要關(guān)注的，因?yàn)檫@關(guān)系到發(fā)動機(jī)的健康水平。系統(tǒng)中預(yù)定義的傳感器失效后，系統(tǒng)假設(shè)替代值作為真實(shí)值。表2顯示了在傳感器失效后的輸入值。在這種情況下，系統(tǒng)用默認(rèn)的替代值代替空缺的傳感器信號。以保證發(fā)動機(jī)的運(yùn)行。發(fā)動機(jī)健康水平的變化根據(jù)何種信號丟失而變化。例如，丟失曲軸傳感器信號，系統(tǒng)將不能確認(rèn)噴油時(shí)間，這個(gè)故障比丟失滑油溫度信號更嚴(yán)重。FADEC有多種儲存數(shù)據(jù)的方式，他們是事件日志EL（EventLog）、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲日志（Internaldatalogger）以及連接電腦從FADECservicetool軟件下載數(shù)據(jù)。圖10.顯示了fadecservicetool的故障診斷頁面，在該頁面可以瀏覽傳感器信息，找出不正常值。圖11顯示了滑油壓力傳感器失效后的EL，用戶可以看到何種參數(shù)失效，持續(xù)了多長