高速水力测功器加减速时负载的响应速度研究

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）

在某涡轴发动机加减速试验中，出现加减速时间超标的现象。分析试验数据后发现是由于水力测功器负载变化跟随偏慢，导致发动机加减速时间超标。通过调节水力测功器负载变化的响应速度后，水力测功器负载能及时地跟随发动机输出功率的变化速度，重复试验时，发动机加减速时间未再出现超标现象。

1 水力测功器简介

1.1 水力测功器工作原理

水力测功器的原理是通过水力测功器转子叶片对水的搅拌，将发动机输出的机械能转化为水的热能，然后随着水的流动将热能带走，通过散热装置将能量消耗。

水力测功器通过电液伺服阀来调节进水阀，从而调节进水量的大小，通过调节排水阀来调节水在测功器中水压的大小，从而达到调节测功器吸收功率的大小。进水阀开度越大，排水阀开度越小，测功器吸收的功率越大；反之，测功器吸收的功率越小。

水力测功器是通过测量水力测功器壳体的反向扭矩以及水力测功器转子的转速，计算出发动机的输出功率，以此评定发动机的性能，为发动机研制提供试验数据支撑。

1.2 水力测功器负载调节控制方式

在工程应用中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制。水力测功器负载响应速度是通过调节PID 来控制负载的响应速度以及达到稳态所需要的时间。增加P值、D值可以减小控制曲线的摆幅，增大I值可以提高系统的稳定性。

水力测功器还可以通过加减速提前量控制参数来调节负载的响应速度。在发动机进行加减速试验时，水力测功器控制系统会根据试验台给出的负载瞬变信号，自动判断负载需要的变化速度，在已设置的加减速提前量容许范围内，迅速改变负载的大小。加减速提前量控制参数设置越大，负载响应越快。

2 水力测功器应用

2.1 试验中出现的问题

在某涡轴发动机加减速试验中出现加减速时间超过规范值的现象。

2.2 对出现的问题的分析

飞行慢车到中间状态的加速曲线如图1 所示。由图1 可以看出，加速过程中，发动机控制系统负载杆位置CLP 动作是很迅速的，而扭矩Mkp 动作明显滞后。可以通过加快测功器负载的响应速度，使Mkp 快速增加，以达到发动机加减速过程快速完成的目的。

2.3 解决方法

根据以往的使用经验，调节PID值可以改变水力测功器的响应速度。

将P值从1.0 调节为2.3 时，发动机加速试验时，水力测功器跟随明显变快，但是在稳定状态时，发动机输出转速Np波动偏大（±70 r/min）。

将P值改为1.5，发动机输出转速Np波动比较小（±50 r/min 以内），但是加速时间超标。

将P值改为3.5，加速时间符合要求，而稳定状态Np转速波动超过±50 r/min，不符合要求。

发动机加减速时，控制系统有专门的识别程序，当负载在1 s 内变化超过最大负载的30%时，控制软件会判断为发动机正在加减速，从而提前加减供油量。鉴于此，为配合发动机的加减速，测功器负载需要提前快速增加或者减小负载。通过查找测功器原版说明书，找到了测功器负载快速变化的提前量控制参数。在测功器控制软件的安装文件夹中打开Controlcoef.ini 配置文件，将其中的加减速提前量控制参数（Torque Control Int Max Err）由（5.0e+000）改为（8.0e+000）。重复加减速试验，水力测功器负载变化速率较之前明显变快，稳态时转速波动也在合格范围内，发动机加减速时间符合规定值，如图2 所示。

图1 飞行慢车到中间状态加速曲线

图2 修改水力测功器响应前后车台负载变化

3 结束语

此次试验中，发现并找到了Froude 水力测功器加减速提前量参数，通过调节水力测功器加减速提前量参数，达到了两个目的：解决了以往单纯通过调节PID值，导致负载响应速度与负载稳定状态相互矛盾；提高了水力测功器负载的响应速度，满足了发动机的试验需求。