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渦輪飛機(jī)發(fā)動機(jī)的啟動

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2022-03-04

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一、飛機(jī)發(fā)動機(jī)的啟動。航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和循環(huán)過程，決定了它不能象汽車發(fā)動機(jī)那樣自主的點(diǎn)火起動。因?yàn)?，在靜止的發(fā)動機(jī)中直接噴油點(diǎn)火，因?yàn)閴簹鈾C(jī)沒有旋轉(zhuǎn)，前面空氣沒有壓力，就不能使燃?xì)庀蚝罅鲃?，也就無法使渦輪轉(zhuǎn)動起來，這樣會燒毀燃燒室和渦輪導(dǎo)向葉片。所以，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的起動特點(diǎn)就是:先要?dú)饬髁鲃?，再點(diǎn)火燃燒，也即是發(fā)動機(jī)必須要先旋轉(zhuǎn)，再起動。這就是矛盾，發(fā)動機(jī)還沒起動，還沒點(diǎn)火，卻要它先轉(zhuǎn)動。根據(jù)這個(gè)起動特點(diǎn)，就必須在點(diǎn)火燃燒前先由其他能源來帶動發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)。在以前的小功率發(fā)動機(jī)上，帶動發(fā)動機(jī)到達(dá)一定轉(zhuǎn)速所需的功率小，就采用了起動電機(jī)來帶動發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)，如用于國產(chǎn)運(yùn)-7，運(yùn)-8飛機(jī)的渦槳5、渦槳6發(fā)動機(jī)。但是隨著大推力發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)，用電動機(jī)已無法提供如此大的能量來帶動發(fā)動機(jī)，達(dá)到點(diǎn)火燃燒時(shí)的轉(zhuǎn)速了，因此需要更大的能源來帶動發(fā)動機(jī)，這時(shí)，采用APU，產(chǎn)生壓縮空氣，用氣源代替電源來起動發(fā)動機(jī)成為了現(xiàn)在所有高涵道比發(fā)動機(jī)的起動方式。二、壓縮空氣的來源毫無疑問，壓氣機(jī)是壓縮空氣最好的來源。采用渦輪帶動壓氣機(jī)就可以連續(xù)不斷的提供飛機(jī)所需要的壓縮氣源。而由于這個(gè)燃?xì)鉁u輪裝置提供的氣源只要能滿足發(fā)動機(jī)起動的需要就可以了，所以功率，體積相比發(fā)動機(jī)要小得多，這就使這套燃?xì)鉁u輪裝置可以采用電動機(jī)來起動，然后再由這套燃?xì)鉁u輪裝置產(chǎn)生壓縮空氣來起動發(fā)動機(jī)，這樣就解決了發(fā)動機(jī)起動時(shí)需要大的能量的問題。這套燃?xì)鉁u輪裝置被稱作APU(Auxiliary Power Unit 輔助動力裝置)。三、起動過程發(fā)動機(jī)的起動過程是一個(gè)能量逐級放大的過程。先由蓄電池提供電源給APU起動電機(jī)，帶動APU轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn); APU達(dá)到起動轉(zhuǎn)速后噴油燃燒，把燃料提供的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闇u輪的機(jī)械能，并通過壓氣機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能。由于燃料的加入，APU產(chǎn)生的壓縮空氣的能量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蓄電池的能量了最后，發(fā)動機(jī)上的空氣渦輪起動機(jī)把APU空氣的壓力轉(zhuǎn)化為帶動發(fā)動機(jī)核心機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，在達(dá)到發(fā)動機(jī)起動轉(zhuǎn)速時(shí)噴油點(diǎn)火，最終靠燃料的化學(xué)能使發(fā)動機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。所以，在整個(gè)起動過程中，帶動發(fā)動機(jī)核心機(jī)旋轉(zhuǎn)的大能量，從很低的蓄電池能量，通過燃料的加入，一步步升了起來，就象三峽大壩的梯級船閘。這就是APU的好處:飛機(jī)本身只需要攜帶一個(gè)能量很低的，充足了電的蓄電池，通過APU，就能夠自主的完成發(fā)動機(jī)的起動，而不再依賴于地面設(shè)備來起動發(fā)動機(jī)。四、APU的特點(diǎn)APU和發(fā)動機(jī)一樣，都是燃?xì)鉁u輪裝置，但它們的目的不同，這是個(gè)很大的區(qū)別，發(fā)動機(jī)用于產(chǎn)生推力，而APU不需要產(chǎn)生推力，它主要用來提供氣源，還有電源。氣源除用于發(fā)動機(jī)起動，還為飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)供應(yīng)連續(xù)不斷的空氣。這個(gè)特點(diǎn)使APU不同于發(fā)動機(jī)。它要求APU在設(shè)計(jì)時(shí)，使渦輪產(chǎn)生的機(jī)械能主要通過壓氣機(jī)轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，還有一部分機(jī)械能通過齒輪傳遞給發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電能，而不是向后噴出產(chǎn)生推力。所以，能量分配的不同，是APU和發(fā)動機(jī)的主要區(qū)別五、APU的工作和發(fā)動機(jī)不同的是，APU的工作狀態(tài)很簡單，在起動過程完成之后，就進(jìn)入了穩(wěn)定工作狀態(tài)，即轉(zhuǎn)速維持不變。而發(fā)動機(jī)的卻需要依據(jù)飛行情況不斷的改變轉(zhuǎn)速和推力。 APU的工作狀態(tài)決定了APU的工作特點(diǎn):保持轉(zhuǎn)速不變引氣，是APU的目的。就是把APU壓氣機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣引出去給飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)起動。由于引氣，使APU的功率要受引氣的影響，這就和APU的工作狀態(tài)要求轉(zhuǎn)速保持不變產(chǎn)生了矛盾，下面將講訴這個(gè)問題六、APU的發(fā)展早期的APU，象發(fā)動機(jī)一樣，氣流從進(jìn)氣口先通過壓氣機(jī)，再到燃燒室和渦輪，最后從噴口噴出。氣流象一條線一樣流動，沒有岔路，串聯(lián)起了壓氣機(jī)和渦輪。如波音737的APU。這個(gè)設(shè)計(jì)有個(gè)缺點(diǎn)，就是在給發(fā)動機(jī)引氣以起動發(fā)動機(jī)時(shí)，由于負(fù)載突然變得很大，會使APU的轉(zhuǎn)速發(fā)生大的變化，而自動調(diào)節(jié)器為維持APU轉(zhuǎn)速的不變，會大幅增加供油量，使溫度有大的升高，這對APU不好。現(xiàn)在的APU，普遍采用進(jìn)氣分流，增加了負(fù)載壓氣機(jī)。這個(gè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:進(jìn)氣道進(jìn)來的氣流分成兩股，一股進(jìn)入正常的增壓壓氣機(jī)和渦輪，主要用來帶動APU旋轉(zhuǎn)，然后氣流從噴口噴走，它是APU的功率部分;而另一股氣流進(jìn)入負(fù)載壓氣機(jī)，這部分氣流由負(fù)載壓氣機(jī)增壓，專門用于產(chǎn)生供飛機(jī)使用的壓縮空氣。在這股氣流的進(jìn)口有流量調(diào)節(jié)活門(進(jìn)口導(dǎo)流葉片)，它根據(jù)飛機(jī)對壓縮空氣的需求，實(shí)時(shí)的對活門(葉片)開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，來控制進(jìn)入負(fù)載壓氣機(jī)空氣的多少。這個(gè)設(shè)計(jì)使APU的負(fù)載部分和功率部份分開了，因此在大量引氣時(shí)也不會早成APU功率部分轉(zhuǎn)速和溫度大的波動，這有助于增加APU的壽命。獨(dú)立的負(fù)載部分和功率部分是現(xiàn)在APU的特點(diǎn)。 {注明一點(diǎn)，負(fù)載壓氣機(jī)依然由渦輪通過傳動軸帶動，說它獨(dú)立是指氣流分別進(jìn)入兩個(gè)部分，不再相干}: 回答者：網(wǎng)友

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