航空發動機空中起動供油特性分析

劉彥楠 LIU Yan-nan；常誠 CHANG Cheng；石丹 SHI Dan

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，沈陽110043）

0 引言

成功、快速地起動是航空發動機的最重要的特性之一，保證飛行安全的前提，本文從分析研究發動機起動供油規律入手，考慮飛行高度對供油流量的影響，改進現有的主泵調節器內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，改善發動機的空中起動供油特性。

1 某型發動機起動工作原理分析

1.1 發動機起動通用技術要求 發動機的起動是將燃氣發生器轉子由靜止加速到慢車狀態，這是一個復雜的動態過程[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，發動機就可能發生熱懸掛、冷懸掛等故障。航空發動機的起動有地、空兩種形式。燃燒室的供油量調配是地、空起動的關鍵環節。合理調配供油量，不僅要注意渦輪有足夠的剩余功率轉化為起動的驅動力，同時要控制好渦輪前的溫度。

1.2 某型發動機起動技術分析 圖1為自動起動器的示意圖。該發動機起動的工作原理是噴嘴擋板活門根據發動機狀態將流量控制器的部分輸出流量放回低壓腔，對進入發動機的燃油流量進行間接調配。具體來講，就是通過分壓器將來自壓氣機出口的P2壓強減壓后（）引入薄膜右腔，薄膜左腔與大氣相通。擋板活門的開度大小主要取決于薄膜兩側的壓差。剛剛起動時發動機轉速低，減壓后壓強變小，擋板活門右面的作用力比左面大，擋板活門開啟，將供往發動機的部分燃油放入低壓腔。隨著發動機轉速加快，作用于薄膜的壓強的上升速率大于擋板活門的燃油壓強，使得活門緩慢閉合，給油量減少，從而使發動機供油增多。直至活門完全關閉。

圖1 自動起動器示意圖

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，而自動調低自動起動器的供油規律，地面起動的同時根據時序規律導通補油電磁閥，通過補油活門實現燃油補給。

2 自動起動器分析及方案設計

由上述介紹可知，航空發動機的起動系統采用機械液壓式控制系統，自動起動器功能單一，僅按照壓氣機出口壓強對發動機起動供油量進行調節，然后通過補油對地、空中起動供油規律的差異進行調整。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富油現象。

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，消除了發動機的富油狀態。

3 發動機聯機試驗驗證

為了驗證優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動機上的聯機對比試驗，目的是進一步確認優化改進是否有效，選取XXX01號自動起動器作為試驗對象，在發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和增加高空供油量修正后的供油量（即發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和加裝修正膜盒后供油量調整情況的增量見圖2、3。

圖2 原狀態高空供量與調整量的對應關系圖

由圖2、圖3可以看出，在發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，原發動機自動起動器的調節規律沒有改變，調整部位對發動機主機供油量影響靈敏，原調整規律仍然使用，具有較好的產品延續性。自動起動器原始狀態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），改型的自動起動器能夠實現與原型基本一致的供油規律。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，確實發揮了降低流量的修正作用。

圖3 修正后高空供量與調整量的對應關系圖

圖4 試驗曲線

4 總結

本文通過對航空發動機起動過程的理論分析，以及考慮到該型發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動機實際工作的影響，采用地面發動機聯機試車，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，可以達到根據不同抽真口壓力(大氣環境得到的壓力)指令，能夠起到改變自動起動器供油流量的作用。②本設計改進對發動機原結構影響較小，通過不同真空度（0.1-0.7）對該型發動機調整規律的影響可以看出，原調整部位對發動機主機供油特性影響靈敏，調整規律不變，具有較好的產品延續性。

[1]樊思齊,徐蕓華等.航空推進系統控制[M].西北工業大學出版社，1995.

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