航空發(fā)動機空中起動供油特性分析

 成功、快速地起動是航空發(fā)動機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)動機起動供油規(guī)律入手，考慮飛行高度對供油流量的影響，改進現(xiàn)有的主泵調(diào)節(jié)器內(nèi)的機械液壓式自動起動器結構，增加高空修正部件，解決空中起動過程中的富油問題，改善發(fā)動機的空中起動供油特性。
1 某型發(fā)動機起動工作原理分析
1.1 發(fā)動機起動通用技術要求 發(fā)動機的起動是將燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)子由靜止加速到慢車狀態(tài)，這是一個復雜的動態(tài)過程[1-2]。為提高起動效率，供油量應沿著一定的邊界上升，若超過或低于此邊界，發(fā)動機就可能發(fā)生熱懸掛、冷懸掛等故障。航空發(fā)動機的起動有地、空兩種形式。燃燒室的供油量調(diào)配是地、空起動的關鍵環(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)化為起動的驅(qū)動力，同時要控制好渦輪前的溫度。
與地面起動相比，空中起動所需給油量少。為了確保地面起動的同時空中起動不富油、超溫，可通過補油措施輔助起動。補油就是為確保地面成功起動的同時兼顧空中起動，而自動調(diào)低自動起動器的供油規(guī)律，地面起動的同時根據(jù)時序規(guī)律導通補油電磁閥，通過補油活門實現(xiàn)燃油補給。
2 自動起動器分析及方案設計
由上述介紹可知，航空發(fā)動機的起動系統(tǒng)采用機械液壓式控制系統(tǒng)，自動起動器功能單一，僅按照壓氣機出口壓強對發(fā)動機起動供油量進行調(diào)節(jié)，然后通過補油對地、空中起動供油規(guī)律的差異進行調(diào)整。在高空進行的空中起動，其供油量因高度變化而異。高空影響不可能通過自動起動器自主補償，而且空中起動供油規(guī)律基本固定，相比之下地面起動效果良好，空中起動則存在一定問題。為成功完成地面起動，發(fā)動機自動起動器供油量較大，加之自動起動器無法對高空影響進行自主補償，因此空中起動時常出現(xiàn)富油現(xiàn)象。
鑒于此，我們在自動起動器的原型上又增設了一個能夠補償高空影響的高空修正膜盒。當高度上升，環(huán)境壓強減小時，高空修正膜盒膨脹，通過杠桿和彈簧對薄膜——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)動機的富油狀態(tài)。
3 發(fā)動機聯(lián)機試驗驗證
為了驗證優(yōu)化后的改進方案的可行性，我們設計試驗件進行了自動起動器原型和改型結構在發(fā)動機上的聯(lián)機對比試驗，目的是進一步確認優(yōu)化改進是否有效，選取XXX01號自動起動器作為試驗對象，在發(fā)動機地面起動試驗中針對起動標記、起動補油、慢車標記這3個調(diào)整部位在不同的高空膜和修正條件下的實際供油量進行試驗，對比自動起動器原始狀態(tài)和增加高空供油量修正后的供油量（即發(fā)動機模擬高空起動供油）試驗。本試驗共進行7次高空供油修正試驗，每次試驗進行7組，在不同真空度（0.1-0.7）條件下自動起動器原始狀態(tài)和加裝修正膜盒后供油量調(diào)整情況的增量見圖2、3。
由圖2、圖3可以看出，在發(fā)動機自動起動器上增加高空膜盒后，對原結構的功能幾乎沒有影響，原發(fā)動機自動起動器的調(diào)節(jié)規(guī)律沒有改變，調(diào)整部位對發(fā)動機主機供油量影響靈敏，原調(diào)整規(guī)律仍然使用，具有較好的產(chǎn)品延續(xù)性。自動起動器原始狀態(tài)和加裝修正膜盒后供油量隨真空度變化的對比關系見圖4。
膜盒腔未投入工作時（即地面狀態(tài)），改型的自動起動器能夠?qū)崿F(xiàn)與原型基本一致的供油規(guī)律。而對膜盒腔抽低壓模擬高空條件后，改型自動起動器的供油流量明顯減少，并且隨著真空度的增加對供油量的影響逐漸減少，證明在原結構上增加高空供油修正膜盒，確實發(fā)揮了降低流量的修正作用。
4 總結
本文通過對航空發(fā)動機起動過程的理論分析，以及考慮到該型發(fā)動機在地面起動和空中起動工作條件下自動起動器的供油規(guī)律的變化，增加飛行高度修正控制計劃，進行部件試驗，初步確定在原有基礎上增加了一個高空修正膜盒，補償飛行高度對自動起動器供油規(guī)律的影響，結果表明該方案方向正確。
為進一步明確所增加結構對該發(fā)動機實際工作的影響，采用地面發(fā)動機聯(lián)機試車，對增加的高空修正膜盒采用抽真空的方法，對上述分析方案進行驗證，通過發(fā)動機模擬高空起動供油特性試驗表明：
①本設計改進方案正確，切實可行，可以達到根據(jù)不同抽真口壓力（大氣環(huán)境得到的壓力）指令，能夠起到改變自動起動器供油流量的作用。②本設計改進對發(fā)動機原結構影響較小，通過不同真空度（0.1-0.7）對該型發(fā)動機調(diào)整規(guī)律的影響可以看出，原調(diào)整部位對發(fā)動機主機供油特性影響靈敏，調(diào)整規(guī)律不變，具有較好的產(chǎn)品延續(xù)性。