王世锦《飞机仪表》第三章 发动机仪表

第三章发动机仪表发动机仪表测量发动机工作状态的仪表分类：测量压力的仪表测量温度的仪表测量转速的仪表测量油量的仪表测量流量的仪表测量振动的仪表燃油压力表、滑油压力表、滑油温度表、气缸头温度表、排气温度表、转速表、燃油油量表和燃油流量表等。活塞式发动机仪表：燃气涡轮发动机仪表：燃油压力表、滑油压力表、滑油温度表、排气温度表、转速表、扭矩表(用于涡轮螺旋桨式发动机)、推力表(用于涡轮风扇式或涡轮喷气发动机)、燃油油量表、燃油流量表和振动指示器等。3.1测量压力的仪表压力测量航空常用到的压力单位：工程大气压：1平方厘米所受到的1千克力的压力，1kgf/cm2毫米液柱:液柱汞或者水的高度，mmHg，或者mmH2O；磅/英寸2:1平方英寸面积上作用1磅力的压力；巴：1平方厘米上作用1达因的压力，bar；帕斯卡：1平方米上作用1牛顿力，Pa。进气压力表(manifoldpressure)功能：测量活塞式发动机进气管中的进气压力。单位：毫米水银柱mmHg或英寸水银柱inHg原理：利用真空膜盒感受压力的原理测量进气压力（绝对压力）。进气冲程压缩冲程膨胀冲程排气冲程1.膜盒感受外界压力后中心收缩，并产生反抗变形的弹性力；2.弹性力=外界压力，膜盒中心停在一定位置，通过传动机构带动指针显示；3.膜盒中心的收缩程度取决于外界压力大小。指示：开车前：场压(机场气压)；开车后：进气压力值例如：TB－200平飞进气压力为17英寸水银柱，上升为25英寸水银柱；运五平飞进气压力为500～550毫米水银柱，上升为700～800毫米水银柱。电动压力表(electricalpressuregauge)功能：电动压力表用来测量燃油压力、滑油压力、螺旋桨扭矩及储压器压力等。单位：公斤/厘米2、磅/英寸2组成：传感器（膜片或膜盒）：压力P→电阻R指示器（两线框动铁式电流比值表）：指示被测压力直流二线式压力表P↑→RX↑RY↓→φA↑φC↓→UBA↓UBC↑→IⅠ↓IⅡ↑→磁场顺转，指示增大；反之，P↓→指示减小。即：P→R→IⅠ/IⅡ→α原理半对角线电桥指示：通电前：机械零位通电后：开车前指零；开车后指示被测压力。缺点：可靠性稍差（有接触摩擦）用于运五、运七等飞机组成：传感器：电感式，P→L。指示器：两线框动铁式电流比值表，二极管整流器，指示被测压力。交流二线式压力表原理P↑→L1↑L2↓→X1↑X2↓→φA↑φC↓→IⅠ↓IⅡ↑→磁场顺转，指示增大；P↓→指示减小。即P→XL→IⅠ/IⅡ→α半对角线电桥指示：通电前：机械零位。通电后：开车前指零；开车后指示被测压力。特点：可靠性较高；TB、运七等各型机广泛应用。双指针压力表组成：传感器：电感式变换器，P→L指示器：电动式电流表交流电动式压力表原理1.仪表未通电时，指针被游丝拉回零刻度以下限制柱处。2.当仪表通电，被测压力为零时，电桥接近平衡，输入活动线圈的电压很小，感应电压大于输入电压，指针转动并稳定在零位。3.当P↑→L1↑L2↓→电桥失衡，I5↑→指针顺时针转动，指示增大；反之，P↓→指示减小。指示：通电前：机械零位通电后：开车前指零；开车后指示被测压力。范围：0~100lb/in2,正常区域35~55lb/in2，径向线35lb/in2表示滑油压力过低。3.2测量推力的仪表功能：测量推力,了解涡轮喷气发动机功率。分类:压力比表、压力差表和N1转速表R＝f(PＴ7/PＴ２，M)＝f(PＴ7/PＴ２)（M一定时）式中：R—推力；PＴ7—涡轮出口全压；PＴ２—压气机进口全压；M—飞行马赫数。发动机压力比和推力的关系组成：传感器：开口膜盒，电动电容变换器，同步发送器等，PＴ7/PＴ２→U；指示器：同步接收器，指示机构，调定按钮。压力比表(EnginePressureRatiogauge)PT2PＴ7/PＴ２→C→U→同步发送转子转动→同步接收转子转动→指针转动,指示压力比。原理：起飞前，设置起飞压力比值；飞行中，指示发动机压力比。指示：3.3测量温度的仪表全受阻温度静温：流过飞机气流的温度。总温：气流撞击、摩擦元件表面，动能转换为热能，气流速度降低到零点的温度。动力温度：气流因受阻而升高的温度。tHTTT215HTMT21(1)5tHTTM气流的全受阻温度只与气流的静温和马赫数有关热电偶式温度表(thermoelectricthermometer)功能：测量较高温度（＞300-400℃），如活塞式发动机的气缸头温度、喷气发动机的排气温度以及热气防冰加温温度等。组成：1、热电偶（镍铬－锰铜、镍铬－镍铝、铂铑－铂等）t→EE＝α(t2-t1)+β(t22-t12)／2式中：t1、t2—分别为冷、热端温度；α、β—与热电偶材料有关的温差电系数。2、指示器（毫伏表）气缸头温度表热电偶两根电极焊在铜片上，装在发动机电嘴下紧贴气缸，指示器在驾驶舱仪表盘，刻度为温度的毫伏表。发动机排气温度表热电偶装在发动机喷管壁上，几个热电偶分别测量，指示器显示排气温度平均值。工作原理：发动机工作时，热电偶的热端感受被测温度，由于热电效应产生热电动势；如果保持热电偶冷端(即另一端)温度不变(规定为零度)，热电动势的大小只与热端温度有关；利用毫伏表测量热电动势的大小，即能反映出被测温度的高低。指示：开车前，大气温度；开车后，被测温度。TB飞机上的热电偶温度表，左侧为气缸头温度，右侧是排气温度。电阻式温度表(resistancethermometer)功能：测量较低的温度（＜300-400℃），如发动机进气温度、滑油温度、燃油温度、客舱温度、防冰加温设备的温度以及大气温度等。组成：传感器：感温棒，低速；总温探头，高速。材料：铂、镍、铜或半导体热敏电阻，t→Ｒ，Rt＝R0［1＋α（t-t0）］式中：Rt、R0—温度为t℃、0℃时导体的电阻；α—导体的电阻温度系数。指示器：动铁式电流比值表磁电式电流比值表数字显示电流比值表工作原理：1、双对角线不平衡电桥原理：t↑→RX↑→φA↑→I1↓、I2↑→磁场转向上，指示增大；反之，t↓→指示减小。即t→R→I1／I2电流比值表指示。指示：通电前：机械零位；通电后：开车前大气温度，开车后被测温度。0℃，φA＝φB，I1＝0，Ⅱ线圈电磁力矩和游丝力矩使指零；t↑，RX↑，φA↑，I1↑，Ⅰ线圈电磁力矩使指示增大；若t＜0°，RX↓，φA＜φB，I1反向，指针反指。2、惠斯登电桥结构:惠斯登电桥、偏转线圈Ⅰ、复原线圈Ⅱ3.4测量转速的仪表转速表(tachometer)功能：测量发动机曲轴、涡轮轴或直升机旋翼轴等转速。根据转速表和进气压力表的指示，可以了解活塞式发动机的功率；根据转速表和排气温度表的指示，可以了解涡轮喷气发动机的推力。磁转速表原理传感器（永磁式三相交流发电机）：n→u；指示器：指示nn发∝f→n电∝n发→M涡∝n电∝n发→当M反＝M涡时，指针稳定，M反＝Kα，即α∝n发指示1、转/分活塞式发动机等2、百分比喷气发动机（100%即表示额定转速）活塞式发动机转速表喷气式发动机转速表磁电式转速表原理传感器将发动机转速变为脉冲频率信号，应用显示测量信号的频率或周期，显示出被测转速值。磁电式转速表组成传感器：（磁电感应式）n→ε；指示器：指示转速因为f＝nz／60→所以n∝f指示1、范围：0~3000转/分2、平飞：2600转/分上升：2700转/分TB-200飞机转速表作业：画出交流二线式压力表原理结构图，并说明其测量原理。3.5测量油量的仪表油量表功能测量飞机的燃油、滑油和液压油油量，并可在油量减少到一定数量时发出剩油警告。估计续航时间，确保飞行安全。测量单位：公升、加仑、公斤、磅等。浮子式油量表利用浮子把油箱液面高度转变成电量，从而测量油量。组成：传感器（浮子式）Q→h→R；指示器（动框式电流比值表）和转换开关等。Q↑→h↑→RX↑RY↓→VA↑VC↓→IⅠ↓IⅡ↑→M1↓M2↑→指示增大；反之，Q↓→h↓→指示减小；即Q→h→R→IⅠ/IⅡ指示油量。直流半对角线电桥特点：（1）通电前，机械零位；通电后，指示被测油量；（2）姿态误差大，平飞时判读；（3）警告灯亮时，结合耗油情况，正确判断剩油量。电容式油量表利用圆筒型电容器把油量转变成电容量，从而测量油量。组成：传感器、自动平衡电桥、指示器传感器自动平衡电桥指示器hCα油量电容式油量表原理框图工作原理：空气部分电容：C1＝2πε1(H－h2)/ln（r２/r１）燃油部分电容：C２＝2πε２h２/ln（r２/r１）式中：ε1、ε２—空气、燃油的介电常数；r1、r２—内、外圆极板的半径；h1、h２—空气、燃油在电容器中的高度；H—电容器极板的总高度。总电容：C＝C1＋C２＝2πε1(H－h２)/ln（r２/r1）＋2πε２h２/ln（r２/r1）＝2πε1H/ln（r２/r1）＋2π(ε２－ε1)h２/ln（r２/r1）＝C０＋△C式中：C０＝2πε1H/ln（r２/r1）；△C＝2π(ε２－ε1)h２/ln（r２/r1）C０是油箱无油时传感器的容量，称为干电容；△C随着燃油高度h２变化而变化。即Q→h２→C①油箱等横截面，△C与h２成正比，指示器刻度均匀；②油箱截面积不等，△C与h２不成正比，指示器刻度不均匀；③相应处理，特性传感器。讨论平衡电桥原理当ZCX（R2+R2′）=ZC0R1时电桥平衡Q↑→CX↑→ZCX↓→U出→电机转动→R2′↑，重新平衡，指示↑；反之，Q↓→CX↓→指示↓。即Q→C→自动平衡电桥测量电容。指示刻度：内—0~2400㎏；外—0~1600㎏。转换开关放“总”：两指针内圈指示左、右机翼油箱总油量；转换开关放“1”或“2”：两指针外圈指示左、右油箱第1或第2组油量。电容式油量表的指示以某一种燃油在某一规定温度时的介电常数和密度为根据。方法误差：温度变化或更换燃油，指示出现误差。温度误差方法误差换油误差1.温度误差：由于温度变化，使介电常数和密度变化引起的误差。Δt→传感器零件尺寸→极板间隙、面积→ΔCΔt→极板间介质体积变化→ΔC2.换油误差：由于更换燃油，使介电常数和密度变化引起的误差。原因：一种电容式传感器只适用一种油箱所规定的燃油；处理方法：更换燃油后，对指示器调零。姿态误差：飞机姿态变化时，油面倾斜造成的误差。一只油箱安装多个传感器，以减小飞机俯仰、倾斜或加速度引起的误差。3.6测量振动的仪表振动（vibration)发动机转子高速转动，振动不可避免。影响：1.加速磨损，零件疲劳损伤缩短发动机寿命；2.使飞机部件在受迫振动下工作，影响寿命，增加噪声。振动量：振幅、振动速度、振动加速度振动指示器(enginevibrationindicator)功用：测量发动机振动程度的仪表（g、mil密耳，1密耳＝10－3英寸）振动指示参数振动载荷系数：G=振动传到飞机上的最大力/发动机重力=振动最大加速度/重力加速度振动指示参数设发动机振动为简谐振动位移：y(t)=ymsinωt(ym—位移的最大值，称为振幅；ω—振动角频率)速度：v(t)=dy/dt＝ωymcosωt＝vmsin（ωt＋π/２）加速度：a(t)＝d２y/dt２＝-ω２ymsinωt＝-amsin(ωt＋π)(式中:vm—振动速度幅值,vm=ωym；am—振动加速度幅值,am=ω２ym)振幅ym、速度幅值vm、加速度幅值am在ω一定的情况下成正比；相位上，v(t)超前y(t)π/２，a(t)超前v(t)π/２振动指示参数G=振动最大加速度/重力加速度am=ω２ym，重力加速度g振动载荷系数：G＝am/g＝ω２ym/g=ωvm/g将ω=2πf，g=9810mm/s2代入G≈ymf2/250结论：振动载荷系数与振幅、频率2成正比。测振原理速度式：传感器：（永磁发电机式）,V→E；指示器：（毫伏表）速度式测振原理E＝BNLV式中：E—感应电动势有效值；B—磁感应强度；N—线圈匝数；L—每匝绕组的有效长度；V—相对速度的有效值。∴V=ƒ（E）∵G＝ωVm/g∴G＝ƒ’（E）将振动速度转换成感应电动势测量。加速度式：传感器：（压电式力传感