渦扇發(fā)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(fā)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(fā)動機所，陜西西安710089)

在試飛階段，發(fā)動機空中意外停車情況很難遇到，即使遇到通常也無法復(fù)現(xiàn)，無法達(dá)到充分驗證慣性起動功能的目的。在對某型渦扇發(fā)動機慣性起動功能工作原理進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)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(jié)果表明，該方法能有效解決該型發(fā)動機的慣性起動試飛問題。本研究對其它型號發(fā)動機慣性起動試飛具有重要的參考價值。

渦扇發(fā)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(zhuǎn)速

n2高壓轉(zhuǎn)速

Pf1第一級燃油總管油壓

PLA油門桿角度

T1發(fā)動機進(jìn)口溫度

T6渦輪后總溫

V表速

1 引言

航空發(fā)動機空中起動能力對飛機安全飛行至關(guān)重要。裝配渦噴/渦扇發(fā)動機的戰(zhàn)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(jìn)行空中起動，就會貽誤戰(zhàn)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(guān)注的問題，也是發(fā)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(fēng)車起動等。發(fā)動機慣性起動是指發(fā)動機空中意外停車后，在飛行員尚不知曉的前提下，由發(fā)動機控制系統(tǒng)自動執(zhí)行起動程序，進(jìn)行空中起動[2，3]。在渦扇發(fā)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(fù)現(xiàn)，無法達(dá)到充分驗證慣性起動功能的目的。

本文針對某型渦扇發(fā)動機慣性起動試飛方法進(jìn)行研究。在對慣性起動功能工作原理進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，通過改裝通往發(fā)動機自動起動裝置的電氣線路，實現(xiàn)了對發(fā)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(fā)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(zhuǎn)速小于53%；②起落架收上，進(jìn)行過自動起動，在自動起動點火裝置工作的20 s內(nèi)，高壓轉(zhuǎn)速仍小于53%。

在上述兩種情況下，由發(fā)動機控制系統(tǒng)自動發(fā)出起動指令，慣性起動自動接通。首先油泵調(diào)節(jié)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(fā)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(jìn)行空中起動。

飛行員發(fā)現(xiàn)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(fā)動機油門桿上的微動開關(guān)產(chǎn)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(jù)自動起動裝置的指令開始工作20 s，進(jìn)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(guān)，執(zhí)行20 s點火的油門桿起動程序，也達(dá)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(xiàn)對慣性起動功能的檢查，在以上分析的基礎(chǔ)上，做如下改裝：在發(fā)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(lián)一個手動開關(guān)，并將該開關(guān)置于座艙內(nèi)。如圖1所示，慣性起動開關(guān)為波動式，標(biāo)示有“試驗”和“正常”兩個位置。線路斷開時為“試驗”狀態(tài)，即可進(jìn)行慣性起動試驗；線路接通時為“正常”狀態(tài)，即恢復(fù)未改裝狀態(tài)，可進(jìn)行油門桿起動或風(fēng)車起動試驗。

圖1 座艙內(nèi)慣性起動開關(guān)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(jìn)行地面檢查。地面慣性起動檢查操作程序為：

(1)發(fā)動機不開車，綜合調(diào)節(jié)器通電；

(2)將座艙內(nèi)的慣性起動開關(guān)置于“正常”狀態(tài)，將發(fā)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(tài)，可聽到主點火電嘴的打火聲，持續(xù)時間8 s；

(3)第(2)步模擬飛行中發(fā)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(tǒng)正常，能自動接通工作；

(4)將慣性起動開關(guān)置于“試驗”狀態(tài)，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(yīng)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(jìn)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(nèi)慣性起動開關(guān)轉(zhuǎn)到“試驗”狀態(tài)，收右發(fā)油門桿至停車位置；

(3)當(dāng)高壓轉(zhuǎn)速下降到60%時，推油門桿至慢車位置，等待發(fā)動機自動起動；

(4)若起動成功，將座艙內(nèi)慣性起動開關(guān)轉(zhuǎn)到“正常”狀態(tài)，結(jié)束本次試驗；

(5)若起動不成功，當(dāng)發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)速小于50%時，將座艙內(nèi)慣性起動開關(guān)轉(zhuǎn)到“正常”狀態(tài)，收油門桿至停車位置，推油門桿起動發(fā)動機。

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

5 慣性起動試飛結(jié)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(jìn)行2次(共12次)慣性起動試驗。起動過程中沒有出現(xiàn)超轉(zhuǎn)、超溫、振動超限、喘振等異常現(xiàn)象，均起動成功，空中起動成功率100%。試飛數(shù)據(jù)見表1，典型試驗曲線見圖2。

從圖2中看出，發(fā)動機慣性起動過程中有一明顯的切油現(xiàn)象，這正是慣性起動所特有的現(xiàn)象。若沒有慣性起動開關(guān)，收油門停車再起動則不會出現(xiàn)切油現(xiàn)象，發(fā)動機點火時間也會從8 s變?yōu)?0 s。

表1 慣性起動試驗數(shù)據(jù)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(jié)束語

本文在對某型渦扇發(fā)動機慣性起動功能工作原理進(jìn)行充分研究的基礎(chǔ)上，對通往發(fā)動機自動起動裝置的電氣線路進(jìn)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(fā)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(jìn)動力裝置的慣性起動試飛積累了經(jīng)驗，奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，對航空發(fā)動機試飛技術(shù)的進(jìn)步起到一定的積極影響。

[1]李樹人.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)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?xì)鉁u輪發(fā)動機原理[M].姜樹明，譯.北京：國防工業(yè)出版社，1984.

[3]聶恰耶夫Ю Н.航空動力裝置控制規(guī)律與特性[M].單鳳桐，程振海，譯.北京：國防工業(yè)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(fā)動機[M].西安：中國人民解放軍空軍工程學(xué)院，1993.

[5]АЛ-31Ф發(fā)動機技術(shù)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(fā)動機控制、建模仿真及動力裝置飛行試驗等方面的研究。