航空燃气涡轮发动机的起动.pdf

航空燃气涡轮发动机的起动 燃气涡轮发动机的起动系统 启动系统是用来使发动机从静止状态过渡到稳定的慢车转速工作状态，它包 括调动转子由静止状态逐步加速到一定转速和向燃烧室供入燃油并点燃，形成连 续的燃烧过程两部分。 起动系统通常包括：起动机、起动燃油系统、起动点火系统、自动装置等部 分。 对一起动机的主要要求是：尺寸小、质量轻、可靠程度高，以及短时间能产 生大功率。起动机的输出功率从几十千瓦到几白千瓦。 目前广泛应用的起动机有以下几种类型。 (1)电起动机。由机上电瓶或地面电瓶供电，起动过程结束后，电起动机就 由发动机带动作为发电机使用。这种起动机的优点是结构简单、尺寸小和起动准 备容易。缺点是在较短时间内允许的再起动次数有限(3一 5次)，受外界条件的 影响较大，当外界条件变化使电瓶电压下降时，就不易起动。 (2)燃气涡轮起动机。适用于起动功率高的大型发动机。其优点是在质量和 尺寸较小的情况下能产生较大的起动功率，并且可以多次起动。由于这种起动机 本身是一种小型燃气涡轮发动机，所以它还需要起动机(一般用电起动机)。这样 使结构复杂，起动时间长。 (3)冷气涡轮起动机。由飞机上或地面压缩空气吹动冷气涡轮旋转，再经减 速器带动发动机转子。这种起动机本身的质量小，但压缩空气的消耗量很大。 以上几种起动机的重度(不包括设备重量)大致如下： 电起动机14 一 20 N/kW 燃气涡轮起动机9 一 12 N/kW 冷气涡轮起动机9 一 12 N/kW 以上几种起动机轴上的扭矩与发动机的转速非常接近汽线关系，即 起动过程大致是如下的情形： 第 Ⅰ阶段 转速由零到涡轮开始产生功率的转速 ，发动机完全由起动机带动加速。 在这个阶段的末尾 转速下，起动系统向燃烧室供油、起动点火，燃烧室开始 上作。一般 n =(0.08~0.12)n 。 1 max 第Ⅱ阶段 由涡轮开始产生功率的转速到起动机脱开的转速是起动过程的第Ⅱ阶段。在 这个阶段，起动机与涡轮的扭矩之和驱动发动机加速，涡轮前总温通常保持为最 大值。当转子加速到转速 np 时，理论上可以脱开起动机，但是为了增加可靠性 和缩短起动时间，一般到转速 n2 才脱开起动机。转速 n2 大约为 n2=(0.2~0.3)nmax 。 第Ⅲ阶段 由起动机脱开转速n2 至慢车转速 nidle （当涡轮发出的扭矩等于转子阻力矩 时即慢车转速）是起动过程第三阶段，转子加速完全靠涡轮剩余功率。涡轮发动 机的慢车转速 nidle 主要根据地面条件下对慢车推力的要求（一般不超过最大推 力的 3%~4% ）选定。通常nidle=(0.24~0.4)nmax 。此时起动过程结束。 起动机脱开过早或过晚都不适宜，过早脱开会由于加速力矩小而延迟起动时 间甚至造成发动机停车。过晚则要求起动机有很大功率。涡扇 10 就碰上过最难 啃的“小发提前脱开”这块硬骨头！ 民用航空发动机启动 一、飞机发动机的启动。 航空燃气涡轮发动机的结构和循环过程，决定了它不能象汽车发动机那样自 主的点火起动。因为，在静止的发动机中直接喷油点火，因为压气机没有旋转， 前面空气没有压力，就不能使燃气向后流动，也就无法使涡轮转动起来，这样会 烧毁燃烧室和涡轮导向叶片。 所以，燃气涡轮发动机的起动特点就是：先要气 流流动，再点火燃烧，也即是发动机必须要先旋转，再起动。这就是矛盾，发动 机还没起动，还没点火，却要它先转动。根据这个起动特点，就必须在点火燃烧 前先由其他能源来带动发动机旋转。 在以前的小功率发动机上，带动发动机到 达一定转速所需的功率小，就采用了起动电机来带动发动机旋转，如用于国产运 -7，运-8 飞机的涡桨 5、涡桨 6 发动机。 但是随着大推力发动机的出现，用电 动机已无法提供如此大的能量来带动发动机，达到点火燃烧时的转速了，因此需 要更大的能源来带动发动机，这时，采用 APU，产生压缩空气，用气源代替电源 来起动发动机成为了现在所有高涵道比发动机的起动方式。 二、压缩空气的来源 毫无疑问，压气机是压缩空气最好的来源。采用涡轮带动压气机