某型輔助動力裝置高原環(huán)境下喘振調(diào)整及驗證

摘要：本文對某型輔助動力裝置高原環(huán)境下起動時喘振問題進行研究，分析了高原環(huán)境下造成輔助動力裝置起動時喘振的原因，通過分析某型APU放氣和引氣調(diào)節(jié)過程，明確了APU外場調(diào)整部位及方法。針對高原環(huán)境下APU起動時出現(xiàn)喘振問題，通過先后兩次調(diào)整起動供油量和集氣室放氣量，最終確保某型輔助動力裝置在高原環(huán)境可靠起動。

關鍵詞：輔助動力裝置，高原環(huán)境，喘振，調(diào)整。

1概述

輔助動力裝置（Auxiliary Power Unit，以下簡稱 APU）是大型飛機上安裝的獨立小型燃氣渦輪動力裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、功重比大等特點。在地面時，APU 向飛機提供電力和壓縮空氣;主發(fā)動機起動時，APU向空氣渦輪起動機提供壓縮空氣，驅(qū)動起動機旋轉(zhuǎn)從而起動主發(fā)動機。當APU在高原環(huán)境下工作時，由于大氣環(huán)境的變化，APU工作狀態(tài)的變化和APU引氣負載的變化，都可能引起負載壓氣機進入不穩(wěn)定工作區(qū)發(fā)生喘振，進而引發(fā)壓氣機葉片斷裂等危害。喘振可能導致APU機件強烈振動乃至嚴重損壞、APU熱端超溫、性能急劇惡化、熄火停車等故障。

2某型輔助動力裝置結(jié)構(gòu)簡介

某型APU由附件傳動裝置、壓氣機、燃燒室、渦輪、排氣段、空氣系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)及發(fā)動機參數(shù)檢測系統(tǒng)組成。壓氣機是單轉(zhuǎn)子四級軸流式跨音速壓氣機，由轉(zhuǎn)子和靜子兩部分組成。壓氣機的氣流通道呈環(huán)形收斂。通道外壁為等直徑;通道的內(nèi)壁直徑從第Ⅰ級至第Ⅳ級逐漸增大。在壓氣機的進口處設有安裝進氣導流器;為了增加壓氣機在起動和空載狀態(tài)下的穩(wěn)定工作范圍，在1級轉(zhuǎn)子葉輪葉尖的上方，采用了處理機匣，在壓氣機匣的外壁第2級靜子環(huán)位置處還裝有3個放氣活門，以確保起動順利。

3某型輔助動力裝置放氣和引氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3.1組成

放氣和引氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)向飛機提供壓縮空氣，限制空氣消耗量，保證APU在所有工作狀態(tài)上不發(fā)生喘振故障。放氣和引氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)由帶電動機構(gòu)的引氣節(jié)氣門、流量管、三個壓氣機Ⅱ級放氣活門、集氣室放氣活門、帶熱敏元件的可控分流活門、帶空氣濾的電磁活門及連接導管組成。

3.2工作過程

起動時，壓氣機Ⅱ級放氣活門和集氣室放氣活門由電磁活門和可控分流活門進行控制。在地面起動時，電磁活門是斷電的。從發(fā)動機起動瞬間起，從壓氣機引出的空氣，通過空氣濾和電磁活門沿導管送到可控分流活門。從起動瞬間直到發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到60%～70%，可控分流活門通過導管向集氣室放氣活門的氣動活塞組傳遞操縱壓力，改變集氣室放氣活門的活門開度，并使壓氣機級放氣活門的進氣導管與大氣連通。當發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大時，由可控分流活門送到集氣室放氣活門的操縱壓力也不斷增大。當轉(zhuǎn)速上升到30%～40%時，集氣室放氣活門的活門開度由原來的全開逐漸變小，從而減小從集氣室來的放氣量。當轉(zhuǎn)速上升到60%～70%時，導管的壓力使可控分流活門轉(zhuǎn)換并使導管與大氣連通，停止向集氣室放氣活門傳遞操縱壓力，致使集氣室放氣活門的活門開度又恢復到全開，從集氣室完全放氣。

4某型輔助動力裝置喘振調(diào)整

某APU在高原機場地面起動時，出現(xiàn)“放炮聲”，并伴隨排氣溫度快速升高。為確保APU可靠起動，需對APU供油和引氣進行調(diào)整。

4.1高原環(huán)境輔助動力裝置喘振原因分析

在高原機場，由于空氣稀薄，APU起動過程存在一定富油情況，當出氣流量和負載壓氣機進氣量不能達到平衡狀態(tài)時，負載壓氣機的穩(wěn)定工作點發(fā)生波動，從而導致APU負載壓氣機發(fā)生喘振。

4.2高原環(huán)境輔助動力裝置喘振調(diào)整過程

APU起動時發(fā)生喘振，可調(diào)過減小供油量或者增大燃燒室供氣量（或同時調(diào)整）解決。根據(jù)APU高原使用經(jīng)驗，起動失敗一般為富油導致點火失敗，可減少起動過程中的供油量。因該型APU缺少在高原環(huán)境下維護經(jīng)驗、調(diào)整方法，在對其高原工作特性不明確情況下，采取逐步摸排方法。

APU外場可調(diào)整釘包括：燃油泵III號調(diào)整釘、IV號調(diào)整釘、V號調(diào)整釘、溫度傳感器調(diào)整釘（以上調(diào)整釘可調(diào)整起動供油量）、集氣室放氣活門上、下調(diào)整釘（調(diào)整壓氣機放氣量）。以上調(diào)整部位可單獨調(diào)整一個螺釘，也可同步調(diào)整多個螺釘，調(diào)節(jié)量由APU起動情況現(xiàn)場確定。

4.2.1首次調(diào)整措施及起動情況

APU首次在地面起動時，在30%～40%轉(zhuǎn)速時喘振（放炮），隨后停車。先對集氣室放氣活門上調(diào)整釘進行調(diào)整，分兩次（第一次順時針調(diào)整1圈，第二次再順時針調(diào)整0.5圈），起動APU，轉(zhuǎn)速70%時，排氣溫度630℃，再次出現(xiàn)喘振，APU停車;后對APU燃油泵V號調(diào)整釘順時針調(diào)整1圈，起動APU，轉(zhuǎn)速66%時，排氣溫度620℃，再次出現(xiàn)喘振，APU停車。

4.2.2第二次調(diào)整措施及起動情況

根據(jù)首次起動試驗結(jié)果，對APU再次調(diào)整如下：

a） 恢復集氣室放氣活門調(diào)整，將上調(diào)整釘逆時針調(diào)整1.5圈;

b） 調(diào)整起動燃油壓力（APU燃油泵IV號調(diào)整釘逆時針調(diào)整0.5圈）;

注：完成以上兩項調(diào)整措施后，起動APU，起動過程最高排氣溫度為625℃，出現(xiàn)放炮聲兩聲，終止起動。

c） 調(diào)整集氣室放氣活門上調(diào)整釘，逆時針調(diào)整0.5圈，調(diào)整完成后起動APU，出現(xiàn)一聲放炮聲，最高排氣溫度667℃，APU起動成功，起動用時38s;

d） 調(diào)整集氣室放氣活門上調(diào)整釘，逆時針調(diào)整0.5圈，起動APU，最高排氣溫度680℃，停車終止起動，轉(zhuǎn)速大約64%;

e） 調(diào)整APU燃油泵IV號調(diào)整釘，逆時針調(diào)整0.5圈，APU起動成功，無喘振等異?，F(xiàn)象，最高排氣溫度650℃，起動時間42s。

5結(jié)論

通過對APU在高原環(huán)境下喘振原因進行分析，調(diào)整了APU起動供油量和集氣室放氣量，優(yōu)化APU在高原環(huán)境下起動時的油氣比，最終實現(xiàn)某型輔助動力裝置在高原環(huán)境下可靠起動，為后續(xù)APU使用及排除類似故障提供了經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

作者簡介：闞玉平、1987.6、男、籍貫（寧夏海原）、回族、高級工程師、本科、研究方向：飛機動力裝置系統(tǒng)、