渦扇發動機慣性起動試飛方法研究

劉旭東，苗禾狀，高揚，王艷平

渦扇發動機慣性起動試飛方法研究

劉旭東，苗禾狀，高揚，王艷平

(中國飛行試驗研究院發動機所，陜西西安710089)

在試飛階段，發動機空中意外停車情況很難遇到，即使遇到通常也無法復現，無法達到充分驗證慣性起動功能的目的。在對某型渦扇發動機慣性起動功能工作原理進行充分研究的基礎上，提出一套完整的改裝方法、改裝后地面慣性起動檢查方法和慣性起動試飛操作程序。試飛結果表明，該方法能有效解決該型發動機的慣性起動試飛問題。本研究對其它型號發動機慣性起動試飛具有重要的參考價值。

渦扇發動機；飛行試驗；慣性起動；空中意外停車；試飛操作程序

符號表

B振動值

H高度

n1低壓轉速

n2高壓轉速

Pf1第一級燃油總管油壓

PLA油門桿角度

T1發動機進口溫度

T6渦輪后總溫

V表速

1 引言

航空發動機空中起動能力對飛機安全飛行至關重要。裝配渦噴/渦扇發動機的戰機，在某些惡劣外界擾動下有可能會空中熄火停車，如果不能可靠地進行空中起動，就會貽誤戰機，甚至機毀人亡。因此，空中停車和再起動的可靠性一直是人們高度關注的問題，也是發動機定型、鑒定的重要考核項目[1]。

常見的空中起動有慣性起動(也稱慣性自動起動)、遭遇起動、油門桿起動、風車起動等。發動機慣性起動是指發動機空中意外停車后，在飛行員尚不知曉的前提下，由發動機控制系統自動執行起動程序，進行空中起動[2，3]。在渦扇發動機慣性起動試飛中，很難遇到空中意外停車情況，即使遇到通常也無法復現，無法達到充分驗證慣性起動功能的目的。

本文針對某型渦扇發動機慣性起動試飛方法進行研究。在對慣性起動功能工作原理進行研究的基礎上，通過改裝通往發動機自動起動裝置的電氣線路，實現了對發動機慣性起動功能的試飛驗證。

2 慣性起動功能工作原理及改裝方法

2.1慣性起動功能工作原理

慣性起動[4]發生條件：①起落架收上，油門桿處于慢車及慢車以上位置，高壓轉速小于53%；②起落架收上，進行過自動起動，在自動起動點火裝置工作的20 s內，高壓轉速仍小于53%。

在上述兩種情況下，由發動機控制系統自動發出起動指令，慣性起動自動接通。首先油泵調節器上的停車活門接通0.5～0.8 s，清除主燃燒室積油；然后發動機自動起動裝置使主燃燒室點火和補氧附件工作8 s，進行空中起動。

飛行員發現停車后，將油門桿收到停車位置，再推到慢車位置。此時，安裝在發動機油門桿上的微動開關產生電指令[5]，接通自動起動裝置，主燃燒室點火和補氧附件根據自動起動裝置的指令開始工作20 s，進行空中起動(試飛中一般稱為油門桿起動)。若采用飛行員主動將油門桿收停車的方法，則會觸動油門桿上的微動開關，執行20 s點火的油門桿起動程序，也達不到慣性起動試飛的目的。

2.2改裝方法

為了在飛行試驗中全面檢查慣性起動的可靠性，實現對慣性起動功能的檢查，在以上分析的基礎上，做如下改裝：在發動機油門微動電門線路上(與起動箱X1插頭對接的外插頭20#上)串聯一個手動開關，并將該開關置于座艙內。如圖1所示，慣性起動開關為波動式，標示有“試驗”和“正常”兩個位置。線路斷開時為“試驗”狀態，即可進行慣性起動試驗；線路接通時為“正常”狀態，即恢復未改裝狀態，可進行油門桿起動或風車起動試驗。

圖1 座艙內慣性起動開關示意圖Fig.1 Sketch map of inertial automatic start switch in the cabin

3 改裝后的地面檢查方法

改裝完成后需進行地面檢查。地面慣性起動檢查操作程序為：

(1)發動機不開車，綜合調節器通電；

(2)將座艙內的慣性起動開關置于“正常”狀態，將發動機油門桿置于慢車或慢車以上位置，取消右起落架支柱信號，模擬飛機飛行狀態，可聽到主點火電嘴的打火聲，持續時間8 s；

(3)第(2)步模擬飛行中發動機熄火，此時油門桿位于慢車或慢車以上位置，慣性起動系統正常，能自動接通工作；

(4)將慣性起動開關置于“試驗”狀態，收油門桿到停車位置，再推油門到慢車或慢車以上位置，主點火電嘴應打火8 s；

(5)第(4)步模擬飛行試驗中的慣性起動試驗操作程序，若主點火電嘴打火8 s，則表示慣性起動改裝線路正常，可進行慣性起動試驗。

4 慣性起動試飛操作程序

飛行中慣性起動試驗操作程序為：

(1)在指定試驗高度、速度點，飛機保持平飛；

(2)將座艙內慣性起動開關轉到“試驗”狀態，收右發油門桿至停車位置；

(3)當高壓轉速下降到60%時，推油門桿至慢車位置，等待發動機自動起動；

(4)若起動成功，將座艙內慣性起動開關轉到“正常”狀態，結束本次試驗；

(5)若起動不成功，當發動機高壓轉速小于50%時，將座艙內慣性起動開關轉到“正常”狀態，收油門桿至停車位置，推油門桿起動發動機。

其中，第(3)步中推油門的時機選擇在高壓轉速降至60%而非53%，是考慮到推油門桿至慢車位置后，高壓轉速還會繼續下降，所以需提前推油門。

5 慣性起動試飛結果

分別在試驗點H=5 000 m、V=300 km/h，H=5 000 m、V=1 000 km/h，H=7 500 m、V=300 km/h，H= 8 000 m、V=400 km/h，H=8 000 m、V=1 000 km/h，H=11 000～12 000 m、V=450 km/h各進行2次(共12次)慣性起動試驗。起動過程中沒有出現超轉、超溫、振動超限、喘振等異常現象，均起動成功，空中起動成功率100%。試飛數據見表1，典型試驗曲線見圖2。

從圖2中看出，發動機慣性起動過程中有一明顯的切油現象，這正是慣性起動所特有的現象。若沒有慣性起動開關，收油門停車再起動則不會出現切油現象，發動機點火時間也會從8 s變為20 s。

表1 慣性起動試驗數據Table 1 Inertial automatic start flight-test data

圖2 H=11 000～12 000 m、V=450 km/h慣性起動時間歷程曲線Fig.2 Inertial automatic start time history curve atH=11 000～12 000 m,V=450 km/h

6 結束語

本文在對某型渦扇發動機慣性起動功能工作原理進行充分研究的基礎上，對通往發動機自動起動裝置的電氣線路進行了改裝，提出了一套完整的改裝方法、地面檢查方法和慣性起動試飛操作程序，并成功完成該型發動機的慣性起動試飛，驗證了方法的可行性。

本研究為今后先進動力裝置的慣性起動試飛積累了經驗，奠定了一定的技術基礎，對航空發動機試飛技術的進步起到一定的積極影響。

[1]李樹人.航空燃氣渦輪發動機工作特性試驗分析[M].西安：飛行試驗研究院，2008.

[2]聶恰耶夫Ю Н，費多洛夫Р М.航空燃氣渦輪發動機原理[M].姜樹明，譯.北京：國防工業出版社，1984.

[3]聶恰耶夫Ю Н.航空動力裝置控制規律與特性[M].單鳳桐，程振海，譯.北京：國防工業出版社，1995.

[4]謝壽生.蘇-27型飛機АЛ-31Ф雙涵道加力渦輪噴氣發動機[M].西安：中國人民解放軍空軍工程學院，1993.

[5]АЛ-31Ф發動機技術說明書[M].沈陽：第六0六研究所，1993.

Methods on Inertial Automatic Start Flight-Test of Turbofan Engine

LIU Xu-dong，MIAO He-zhuang，GAO Yang，WANG Yan-ping
(Chinese Flight Test Establishment，Xi’an 710089，China)

Since engine in-flight accidental shutdown is infrequent in test phase,the inertial automatic start system can't be adequately verified.Based on the analysis and investigation of a turbofan engine iner?tial automatic start system work principle,a complete set of refit method,ground check method after refit, flight-test operation procedure is presented.The flight tests results show that the measure is feasible to iner?tial automatic start flight tests.It will bring a more positive impact on aero-engine flight test technology.

turbofan engine；flight test；inertial automatic start；in-flight accidental shutdown；flight test operation procedure

V233.6+18；V217

A

1672-2620(2013)03-0047-03

2012-07-25；

2013-01-18

劉旭東(1982-)，女，山西太原人，碩士研究生，主要從事航空發動機控制、建模仿真及動力裝置飛行試驗等方面的研究。