航空發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)供油特性分析

劉彥楠 LIU Yan-nan；常誠 CHANG Cheng；石丹 SHI Dan

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，沈陽110043）

0 引言

成功、快速地起動(dòng)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最重要的特性之一，保證飛行安全的前提，本文從分析研究發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)供油規(guī)律入手，考慮飛行高度對(duì)供油流量的影響，改進(jìn)現(xiàn)有的主泵調(diào)節(jié)器內(nèi)的機(jī)械液壓式自動(dòng)起動(dòng)器結(jié)構(gòu)，增加高空修正部件，解決空中起動(dòng)過程中的富油問題，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的空中起動(dòng)供油特性。

1 某型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工作原理分析

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)通用技術(shù)要求 發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是將燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子由靜止加速到慢車狀態(tài)，這是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程[1-2]。為提高起動(dòng)效率，供油量應(yīng)沿著一定的邊界上升，若超過或低于此邊界，發(fā)動(dòng)機(jī)就可能發(fā)生熱懸掛、冷懸掛等故障。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有地、空兩種形式。燃燒室的供油量調(diào)配是地、空起動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。合理調(diào)配供油量，不僅要注意渦輪有足夠的剩余功率轉(zhuǎn)化為起動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)要控制好渦輪前的溫度。

1.2 某型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)技術(shù)分析 圖1為自動(dòng)起動(dòng)器的示意圖。該發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的工作原理是噴嘴擋板活門根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)將流量控制器的部分輸出流量放回低壓腔，對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油流量進(jìn)行間接調(diào)配。具體來講，就是通過分壓器將來自壓氣機(jī)出口的P2壓強(qiáng)減壓后（）引入薄膜右腔，薄膜左腔與大氣相通。擋板活門的開度大小主要取決于薄膜兩側(cè)的壓差。剛剛起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，減壓后壓強(qiáng)變小，擋板活門右面的作用力比左面大，擋板活門開啟，將供往發(fā)動(dòng)機(jī)的部分燃油放入低壓腔。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，作用于薄膜的壓強(qiáng)的上升速率大于擋板活門的燃油壓強(qiáng)，使得活門緩慢閉合，給油量減少，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)供油增多。直至活門完全關(guān)閉。

圖1 自動(dòng)起動(dòng)器示意圖

與地面起動(dòng)相比，空中起動(dòng)所需給油量少。為了確保地面起動(dòng)的同時(shí)空中起動(dòng)不富油、超溫，可通過補(bǔ)油措施輔助起動(dòng)。補(bǔ)油就是為確保地面成功起動(dòng)的同時(shí)兼顧空中起動(dòng)，而自動(dòng)調(diào)低自動(dòng)起動(dòng)器的供油規(guī)律，地面起動(dòng)的同時(shí)根據(jù)時(shí)序規(guī)律導(dǎo)通補(bǔ)油電磁閥，通過補(bǔ)油活門實(shí)現(xiàn)燃油補(bǔ)給。

2 自動(dòng)起動(dòng)器分析及方案設(shè)計(jì)

由上述介紹可知，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)械液壓式控制系統(tǒng)，自動(dòng)起動(dòng)器功能單一，僅按照壓氣機(jī)出口壓強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)供油量進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后通過補(bǔ)油對(duì)地、空中起動(dòng)供油規(guī)律的差異進(jìn)行調(diào)整。在高空進(jìn)行的空中起動(dòng)，其供油量因高度變化而異。高空影響不可能通過自動(dòng)起動(dòng)器自主補(bǔ)償，而且空中起動(dòng)供油規(guī)律基本固定，相比之下地面起動(dòng)效果良好，空中起動(dòng)則存在一定問題。為成功完成地面起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)器供油量較大，加之自動(dòng)起動(dòng)器無法對(duì)高空影響進(jìn)行自主補(bǔ)償，因此空中起動(dòng)時(shí)常出現(xiàn)富油現(xiàn)象。

鑒于此，我們在自動(dòng)起動(dòng)器的原型上又增設(shè)了一個(gè)能夠補(bǔ)償高空影響的高空修正膜盒。當(dāng)高度上升，環(huán)境壓強(qiáng)減小時(shí)，高空修正膜盒膨脹，通過杠桿和彈簧對(duì)薄膜——噴嘴擋板組件施加拉力，則活門開度加大、回油增加、供油減少，消除了發(fā)動(dòng)機(jī)的富油狀態(tài)。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的改進(jìn)方案的可行性，我們設(shè)計(jì)試驗(yàn)件進(jìn)行了自動(dòng)起動(dòng)器原型和改型結(jié)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的聯(lián)機(jī)對(duì)比試驗(yàn)，目的是進(jìn)一步確認(rèn)優(yōu)化改進(jìn)是否有效，選取XXX01號(hào)自動(dòng)起動(dòng)器作為試驗(yàn)對(duì)象，在發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)試驗(yàn)中針對(duì)起動(dòng)標(biāo)記、起動(dòng)補(bǔ)油、慢車標(biāo)記這3個(gè)調(diào)整部位在不同的高空膜和修正條件下的實(shí)際供油量進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比自動(dòng)起動(dòng)器原始狀態(tài)和增加高空供油量修正后的供油量（即發(fā)動(dòng)機(jī)模擬高空起動(dòng)供油）試驗(yàn)。本試驗(yàn)共進(jìn)行7次高空供油修正試驗(yàn)，每次試驗(yàn)進(jìn)行7組，在不同真空度（0.1-0.7）條件下自動(dòng)起動(dòng)器原始狀態(tài)和加裝修正膜盒后供油量調(diào)整情況的增量見圖2、3。

圖2 原狀態(tài)高空供量與調(diào)整量的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

由圖2、圖3可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)器上增加高空膜盒后，對(duì)原結(jié)構(gòu)的功能幾乎沒有影響，原發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)器的調(diào)節(jié)規(guī)律沒有改變，調(diào)整部位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)供油量影響靈敏，原調(diào)整規(guī)律仍然使用，具有較好的產(chǎn)品延續(xù)性。自動(dòng)起動(dòng)器原始狀態(tài)和加裝修正膜盒后供油量隨真空度變化的對(duì)比關(guān)系見圖4。

膜盒腔未投入工作時(shí)（即地面狀態(tài)），改型的自動(dòng)起動(dòng)器能夠?qū)崿F(xiàn)與原型基本一致的供油規(guī)律。而對(duì)膜盒腔抽低壓模擬高空條件后，改型自動(dòng)起動(dòng)器的供油流量明顯減少，并且隨著真空度的增加對(duì)供油量的影響逐漸減少，證明在原結(jié)構(gòu)上增加高空供油修正膜盒，確實(shí)發(fā)揮了降低流量的修正作用。

圖3 修正后高空供量與調(diào)整量的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

圖4 試驗(yàn)曲線

4 總結(jié)

本文通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的理論分析，以及考慮到該型發(fā)動(dòng)機(jī)在地面起動(dòng)和空中起動(dòng)工作條件下自動(dòng)起動(dòng)器的供油規(guī)律的變化，增加飛行高度修正控制計(jì)劃，進(jìn)行部件試驗(yàn)，初步確定在原有基礎(chǔ)上增加了一個(gè)高空修正膜盒，補(bǔ)償飛行高度對(duì)自動(dòng)起動(dòng)器供油規(guī)律的影響，結(jié)果表明該方案方向正確。

為進(jìn)一步明確所增加結(jié)構(gòu)對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作的影響，采用地面發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)機(jī)試車，對(duì)增加的高空修正膜盒采用抽真空的方法，對(duì)上述分析方案進(jìn)行驗(yàn)證，通過發(fā)動(dòng)機(jī)模擬高空起動(dòng)供油特性試驗(yàn)表明：

①本設(shè)計(jì)改進(jìn)方案正確，切實(shí)可行，可以達(dá)到根據(jù)不同抽真口壓力(大氣環(huán)境得到的壓力)指令，能夠起到改變自動(dòng)起動(dòng)器供油流量的作用。②本設(shè)計(jì)改進(jìn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)原結(jié)構(gòu)影響較小，通過不同真空度（0.1-0.7）對(duì)該型發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整規(guī)律的影響可以看出，原調(diào)整部位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)供油特性影響靈敏，調(diào)整規(guī)律不變，具有較好的產(chǎn)品延續(xù)性。

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