(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710089)
APU全稱為“Auxiliary Power Unit”,中文譯為輔助動力裝置,其實(shí)質(zhì)是一臺燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。
APU雖然不能為飛機(jī)提供推力(少數(shù)早期的APU也可提供少許推力),但作為飛機(jī)一項(xiàng)重要的輔助設(shè)備,它有著不可替代的作用。APU工作時(shí),能夠?yàn)轱w機(jī)提供電源、氣源和液壓源。在地面,電源可對飛機(jī)系統(tǒng)供電,提供正常和勤務(wù)用電;氣源可用于發(fā)動機(jī)的起動、空調(diào)系統(tǒng)等。在空中提供備用的電源和氣源,以向飛機(jī)供電和供氣,保證飛行安全。
通過對MD82型、MD90型和A300型三種機(jī)型所用APU的對比和論述,得出APU的未來發(fā)展趨勢。
MD82型、MD90型、和A300型三種飛機(jī)使用的都是美國Honey Well公司生產(chǎn)的APU。
MD82型飛機(jī)APU型號為GTCP85—98DHF;
MD90型飛機(jī)APU型號為GTCP131—9D;
A300型飛機(jī)APU型號為GTCP331。
MD82型飛機(jī)使用的APU,安裝在飛機(jī)機(jī)身尾部的防火艙內(nèi)。
進(jìn)氣道在機(jī)身下部,排氣口在機(jī)身右上部的機(jī)身蒙皮處,右發(fā)動機(jī)的上方。因此,在打開發(fā)動機(jī)上包皮時(shí)是不允許起動和運(yùn)轉(zhuǎn)APU的。否則APU的排氣會吹到右發(fā)上包皮,發(fā)動機(jī)包皮是一種附合材料,高溫排氣會將其吹壞。
MD90型飛機(jī)是MD80型的衍生型,在外形上比MD82型飛機(jī)長57英寸,尾翼和發(fā)動機(jī)吊架也有較大改動。MD90型飛機(jī)使用的是新型電子控制的APU。APU控制系統(tǒng)通過一個(gè)微信息處理機(jī),對所有模式的工作進(jìn)行全自動電子控制。
MD90型飛機(jī)的APU也裝在機(jī)身尾部的防火艙內(nèi),進(jìn)氣和排氣方式與MD82型飛機(jī)相同,但排氣口后移,防止損壞上反推包皮。與MD82型飛機(jī)不同的是APU進(jìn)氣門完全自動控制。
MD90型飛機(jī)APU增加了一個(gè)遠(yuǎn)程控制組件,其顯示器在后貨艙門內(nèi)的側(cè)壁板上,從顯示器可以查看實(shí)時(shí)的溫度,轉(zhuǎn)速,故障代碼,使用時(shí)間,序號等信息。它完成了對APU工作的全程控制。當(dāng)發(fā)生故障自動停車時(shí),會將故障記錄下來,以便維護(hù)。它還能改變?nèi)加湍J綇亩_(dá)到省油目的。為 APU的維護(hù)提供極大方便。APU進(jìn)氣門組保持不變。
該APU是一個(gè)單軸燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),包括一個(gè)單級離心式壓氣機(jī),一個(gè)反流環(huán)型燃燒室,一個(gè)兩級軸流式渦輪和一個(gè)附件驅(qū)動器。動力部分驅(qū)動一個(gè)裝在一個(gè)公共軸上的一個(gè)單級離心式負(fù)載壓氣機(jī)。
APU的負(fù)載引氣是通過單獨(dú)的壓氣機(jī),此壓氣機(jī)為防止喘震裝有防喘活門,這種壓氣機(jī)有供氣量大,工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。這就是為什么MD90型比MD82型飛機(jī)地面空調(diào)好的原因了。
A300型飛機(jī)是歐洲空中客車公司生產(chǎn)的寬體形飛機(jī)。由于設(shè)計(jì)思路的不同,該機(jī)型的APU系統(tǒng)更具特點(diǎn)??湛拖盗械腁PU都裝在飛機(jī)尾部,該系列飛機(jī)的APU也是通過三個(gè)支承點(diǎn)裝在機(jī)身的尾部的防火艙里,但排氣管方向向后。
位于后客艙左側(cè)的電子控制盒(ECB)是一個(gè)數(shù)字式微處理機(jī)裝置,它控制和監(jiān)視APU的工作情況。系統(tǒng)的控制是由電子控制盒來完成的,但是APU的起動和人工關(guān)斷是通過駕駛艙內(nèi)的APU控制面板控制完成的。在前起落架的內(nèi)話盒上和加油/抽油面板上設(shè)有 APU緊急關(guān)斷控制電門,作為 APU緊急關(guān)斷控制。APU艙內(nèi)設(shè)有火警警告和滅火系統(tǒng),火警警告的駕駛艙指示有ECAM和APU滅火手柄指示。
(APU) 型號 重量(kg)機(jī)型油耗(kg/h)初裝時(shí)間平均拆換間隔(h)采購成本(萬元)維修成本(萬元)MD82 GTCP85-98DHF 1561 150 1985 2300 40 約為7 MD90 GTCP131—9D 1552 190 1996 4000 40 約為25 A300 GTCP331 2227 200 1993 4000 60 約為25
機(jī)型(APU) 型號 壓氣機(jī) 渦輪 燃燒室 負(fù)載壓氣機(jī)控制系統(tǒng)MD82 GTCP85-98DHF 兩級離心式單級徑向內(nèi)流式 桶型 機(jī)械MD90 GTCP131—9D 單級離心式 兩級軸流式 反流環(huán)形單級離心式 電子盒A300 GTCP331 兩級離心式 三級軸流式 環(huán)形 單級離心式 電子盒
通過上面三種機(jī)型APU的對比,可以看出MD90型飛機(jī)和A300型飛機(jī)所采用的APU比MD82型飛機(jī)采用的APU多一套單獨(dú)為負(fù)載提供氣源的壓氣機(jī),這種構(gòu)造的好處是既不會因?yàn)樨?fù)載引氣的使用而使APU排氣溫度升高,又可以使負(fù)載氣源得到充足的保證。這一優(yōu)點(diǎn)從使用APU給空調(diào)供氣時(shí),通過飛機(jī)空調(diào)的高效性充分地體現(xiàn)出來。同時(shí),軸流式渦輪、環(huán)形燃燒室、控制系統(tǒng)電子化也都是技術(shù)進(jìn)步的表現(xiàn)。雖然APU不必象發(fā)動機(jī)那樣保持技術(shù)的飛速進(jìn)步,而且一些航空公司有意使用一些地面設(shè)備來替代 APU,滿足飛機(jī)在地面時(shí)的使用需要,降低經(jīng)濟(jì)成本,最大限度延長其使用壽命,但APU作為主發(fā)動機(jī)的重要輔助裝置的地位是不可動搖的。
APU的發(fā)展趨勢是具有更高的可靠性,更低的經(jīng)濟(jì)成本,包括燃油成本和維修成本??茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步使這種發(fā)展成為可能。
使用新型材料制造的渦輪葉片,能承受更高的渦輪葉片前溫度。而更高的渦輪葉片前溫度意味著更高的效率,燃油燃燒得更充分,排氣更潔凈,更能滿足環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的要求。
新型材料制造的渦輪葉片,采用新技術(shù)提高單級壓氣機(jī)增壓比,不僅提高APU的效率,滿足飛機(jī)對APU大功率的要求,而且延長了葉片的使用壽命,降低了維修成本。
多電系統(tǒng)APU的結(jié)構(gòu)要比現(xiàn)在的簡單很多,它取消了引氣的要求,去掉了相關(guān)的引氣部件,結(jié)構(gòu)簡單。取消了引氣系統(tǒng),即降低了重量,同時(shí)也降低了飛機(jī)維護(hù)費(fèi)用,并且提高了飛機(jī)的可靠性。APU只需提供電能,在設(shè)計(jì)中只需設(shè)計(jì)安裝發(fā)電機(jī)。飛機(jī)多電系統(tǒng)具有可變頻率的特征,使APU可以在可變速度下運(yùn)行,從而改變其性能。
近年來,較高的燃油成本和嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)環(huán)境,促使航空公司要考慮運(yùn)營策略。這些因素將促使新型APU的誕生。全電型APU部件少、尺寸小,噪聲低,壽命長,易于維修,維修成本甚至可減少20%,將是未來的一個(gè)發(fā)展方向。
隨著新技術(shù)的發(fā)展,新材料的使用和新系統(tǒng)的形成,未來的APU會更可靠,更經(jīng)濟(jì),更安全,更易于維護(hù)。新技術(shù)條件下生產(chǎn)的APU也將越來越有活力,繼續(xù)為飛機(jī)提供安全舒適的乘坐環(huán)境做出貢獻(xiàn)。
[1]唐力.多電技術(shù)趨勢下 APU 的發(fā)展[J].民航飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究,2009(3):13-17.
[2]孫立.APU 技術(shù)進(jìn)展和維修現(xiàn)狀[J].航空維修與工程,2009(2):22-24.