飛機發(fā)動機EGT影響因素的研究

梁繼義

摘? ?要：發(fā)動機被稱為飛機的“心臟”，發(fā)動機的排氣溫度EGT（Exhaust gas temperature）則是表明這顆“心臟”健康與否的重要指標之一。理想情況是測量渦輪進口溫度，但是由于渦輪進口處溫度較高，溫度場分布不均勻，測量困難。由于渦輪中溫度降是按已知的方式變化的，所以測量并限制渦輪排氣溫度不超限，其目的是保證渦輪前溫度T3*（即渦輪前燃氣總溫，是發(fā)動機設(shè)計時與加熱比匹配的重要參數(shù)，指燃燒室出口/渦輪進口處的燃氣總溫度）不超出允許值。排氣溫度值與允許極限值之差值稱為EGT 裕度（EGTM），它是代表發(fā)動機性能衰退的參數(shù)。本文以CFM56-3發(fā)動機為例，主要闡述兩方面內(nèi)容：一是對EGT的影響因素的研究;二是提出一些降低EGT和增加EGT裕度的措施。

關(guān)鍵詞：CFM56發(fā)動機? EGT? 影響因素

中圖分類號：V241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0004-02

1? 影響EGT的因素

影響燃氣渦輪發(fā)動機EGT的因素很多，歸納起來可分為四大因素，簡稱為“機”、“氣”、“人”、“環(huán)境”。

1.1 “機”

“機”的因素即發(fā)動機的核心機部分（高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪）對EGT的影響，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

壓氣機效率下降，會使進入壓氣機的空氣流量減少，導致推力下降。為了保持同等的推力，就需要增大供油量，這樣就直接導致T3*上升，造成了EGT的升高。壓氣機的效率損失主要表現(xiàn)葉型損失和二次流動損失。

燃燒室富油，富油燃燒意味著有更多的燃油參與做功的過程，更多的化學能轉(zhuǎn)化為了熱能，會直接導致T3*和EGT升高。

渦輪效率降低，即高溫燃氣在流過渦輪時，不可避免地會發(fā)生流動損失，和壓氣機中一樣，也包括葉型損失和二次損失。由于氣流在渦輪中的這些損失，造成渦輪的效率下降，沒有足夠的氣流來將焓轉(zhuǎn)化為動能，又將動能轉(zhuǎn)化為功。而這些功除了克服渦輪本身的摩擦外，大部分是直接被壓氣機吸收的，換句話說，渦輪效率的降低導致了壓氣機效率的降低，從而導致了EGT超溫。

1.2 “氣”

“氣”的因素指由于氣流引起的發(fā)動機喘振、為飛機其他系統(tǒng)提供高壓引氣的發(fā)動機引氣系統(tǒng)。

喘振現(xiàn)象主要指的是壓氣機的喘振，是壓氣機進口氣流流量驟減或轉(zhuǎn)速偏離設(shè)計值引起的氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻、高幅振蕩現(xiàn)象，是一種不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。嚴重喘振時會出現(xiàn)發(fā)動機振動加大，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、推力突然下降并且有大幅度的波動，發(fā)動機EGT超溫，壓氣機氣流倒流，有低沉噪音或“放炮”等現(xiàn)象。

發(fā)動機除了產(chǎn)生推力外，還要為飛機提供氣源。發(fā)動機引氣后，高壓壓氣機中的一部分氣流被抽走，用于做功的氣流減少，發(fā)動機功率將下降，推力也要減小。此時如果EGT超溫可能源于兩方面：首先進入燃燒室與燃油摻混燃燒的空氣量減少，使燃燒室變得富油，T3*將上升，EGT也上升，易造成超溫。其次，發(fā)動機引氣后，由于推力減小，燃油消耗率上升，為了保持原有推力的連續(xù)，燃油系統(tǒng)將自動增加供油量，同樣會使T3*升高，EGT增加。

1.3 “人”

發(fā)動機EGT超溫大多數(shù)是人為原因造成的，尤其是在起動和起飛階段。不恰當操作或維護不當都會影響到EGT。所以，在發(fā)動機起動時，機組需密切注意EGT的變化，一旦發(fā)現(xiàn)EGT和燃油流量（FF）上升過快，有超溫的趨勢時，必須及時中斷起動。

發(fā)動機加速所需時間的長短，代表了發(fā)動機的加速性能。加速時間短，則發(fā)動機具有良好的起飛、爬升、越障、復(fù)飛和機動性能。但如果只追求加速性能，加速時猛推油門桿，會使供油量猛增，燃燒室富油嚴重，T3*升高過快，渦輪的功率增加過大，發(fā)動機很容易出現(xiàn)喘振、EGT超溫和富油熄火。所以，加速時對油門桿的控制應(yīng)適度。

1.4 “環(huán)境”

“環(huán)境”的因素指的是外界環(huán)境因素對EGT的影響。飛機在不同的地域環(huán)境中飛行，所處的大氣環(huán)境也是不盡相同的，如在高原地區(qū)、氣候嚴寒地區(qū)、或者空氣中水分、鹽分及微塵含量過高等條件下飛行。這時要么起動緩慢，渦輪負荷加大，或形成富油燃燒，要么葉片腐蝕和封嚴破壞致核心機效率下降從而導致EGT升高。此外，發(fā)動機遭受不可預(yù)料的鳥擊和外來物損傷（FOD）也會使EGT升高。

2? 降低EGT

研究EGT影響因素的目的是為了盡可能降低EGT，提高EGT裕度，延長發(fā)動機的使用壽命，提高其經(jīng)濟性。可從以下三方面入手。

2.1 在發(fā)動機設(shè)計制造方面

可以采用新型材料和改進制造工藝、加強渦輪葉片冷卻、采用HPTACC（高壓渦輪主動間隙控制）系統(tǒng)等措施。

2.2 從實際飛行角方面

大多數(shù)的EGT超溫都是飛行中由于人為操作不當引起的。所以在實際飛行過程中，應(yīng)注意：

減推力起飛：CFM56系列發(fā)動機具有較大的推力富裕，在非高溫、非高原地區(qū)機場，外界大氣條件較好，飛機實際起飛重量小于最大起飛重量，跑道較長無污染，機場凈空較好，在滿足飛機起飛安全性能基礎(chǔ)上可采用減推力起飛。

改進爬升：爬升階段在安全裕度允許的情況下，盡量使用分階段爬升，既可以減輕發(fā)動機負荷也有助于部件冷卻，防止EGT超溫。

引氣量適中：在實際飛行中，合理控制發(fā)動機引氣量，是防止發(fā)動機EGT超溫的一個重要措施。民航客機飛行中大部分的引氣量被用于空調(diào)系統(tǒng)中。因此，應(yīng)注意空調(diào)引氣量適中。具體的說就是冬天不要把座艙溫度調(diào)得太高，夏天不要太低。另外，在飛行的關(guān)鍵階段，主要是起飛、爬升和著陸階段，應(yīng)盡量避免引氣，防止發(fā)動機EGT超溫。

減少發(fā)動機最大工作狀態(tài)時間：發(fā)動機在最大狀態(tài)下工作時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和EGT較高，發(fā)動機各部件承受的負荷最大。因此機組在使用最大推力時應(yīng)嚴格遵守其時間限制，同時加強對發(fā)動機狀態(tài)的監(jiān)控。

加強冷暖機：在發(fā)動機起動和關(guān)車時，對發(fā)動機實施冷機、暖機程序，是提高EGT裕度，防止發(fā)動機超溫的一個切實有效的措施。尤其在在高原地區(qū)機場、或夏天氣候炎熱時，為了防止發(fā)動機超溫，建議延長冷暖機時間。

飛行中密切監(jiān)控EGT：在實際飛行中，EGT是影響發(fā)動機安全工作的最主要參數(shù)，尤其在發(fā)動機起動、加速過程中或在高原地區(qū)機場工作時應(yīng)特別注意監(jiān)控EGT溫度，不允許EGT超過各發(fā)動機狀態(tài)下的限制值，對預(yù)防EGT超溫、增加EGT裕度有十分重要的意義。

2.3 從發(fā)動機日常維護方面

一個是風扇葉片檢查，加強對風扇葉片及防磨帶檢查，及時發(fā)現(xiàn)損傷并進行修復(fù)、更換，可提高風扇效率、降低EGT。另一個是對發(fā)動機進行水洗，是航線上常用的一種增加EGT裕度的方法，尤其對于長時間工作在較臟環(huán)境中、工業(yè)污染較重、空氣中含鹽分較多、受過鳥擊、構(gòu)型較老的發(fā)動機，水洗效果顯著。

以上即是個人對發(fā)動機EGT的影響因素以及提高EGT的措施做的一點分析，希望能為航空發(fā)動機的使用和維護、各航空公司和飛機維修單位保證航班正點、提高維修效率、降低維修成本、提高經(jīng)濟效益做出微薄貢獻。

參考文獻

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