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(jié)構(gòu)，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(shù)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(fù)雜的動態(tài)過程[1-2]。為提高起動效率，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(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(dǎo)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(shè)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(shè)了一個能夠補償高空影響的高空修正膜盒。當(dāng)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(shè)計試驗件進行了自動起動器原型和改型結(jié)構(gòu)在發(fā)動機上的聯(lián)機對比試驗，目的是進一步確認(rèn)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(biāo)記、起動補油、慢車標(biāo)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(jié)構(gòu)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(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)
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(chǔ)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(jié)果表明該方案方向正確。
為進一步明確所增加結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計改進對發(fā)動機原結(jié)構(gòu)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。