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渦輪飛機發(fā)動機的啟動

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2022-03-04

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一、飛機發(fā)動機的啟動。航空燃氣渦輪發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和循環(huán)過程，決定了它不能象汽車發(fā)動機那樣自主的點火起動。因為，在靜止的發(fā)動機中直接噴油點火，因為壓氣機沒有旋轉(zhuǎn)，前面空氣沒有壓力，就不能使燃氣向后流動，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，燃氣渦輪發(fā)動機的起動特點就是:先要氣流流動，再點火燃燒，也即是發(fā)動機必須要先旋轉(zhuǎn)，再起動。這就是矛盾，發(fā)動機還沒起動，還沒點火，卻要它先轉(zhuǎn)動。根據(jù)這個起動特點，就必須在點火燃燒前先由其他能源來帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)。在以前的小功率發(fā)動機上，帶動發(fā)動機到達一定轉(zhuǎn)速所需的功率小，就采用了起動電機來帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，如用于國產(chǎn)運-7，運-8飛機的渦槳5、渦槳6發(fā)動機。但是隨著大推力發(fā)動機的出現(xiàn)，用電動機已無法提供如此大的能量來帶動發(fā)動機，達到點火燃燒時的轉(zhuǎn)速了，因此需要更大的能源來帶動發(fā)動機，這時，采用APU，產(chǎn)生壓縮空氣，用氣源代替電源來起動發(fā)動機成為了現(xiàn)在所有高涵道比發(fā)動機的起動方式。二、壓縮空氣的來源毫無疑問，壓氣機是壓縮空氣最好的來源。采用渦輪帶動壓氣機就可以連續(xù)不斷的提供飛機所需要的壓縮氣源。而由于這個燃氣渦輪裝置提供的氣源只要能滿足發(fā)動機起動的需要就可以了，所以功率，體積相比發(fā)動機要小得多，這就使這套燃氣渦輪裝置可以采用電動機來起動，然后再由這套燃氣渦輪裝置產(chǎn)生壓縮空氣來起動發(fā)動機，這樣就解決了發(fā)動機起動時需要大的能量的問題。這套燃氣渦輪裝置被稱作APU(Auxiliary Power Unit 輔助動力裝置)。三、起動過程發(fā)動機的起動過程是一個能量逐級放大的過程。先由蓄電池提供電源給APU起動電機，帶動APU轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn); APU達到起動轉(zhuǎn)速后噴油燃燒，把燃料提供的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闇u輪的機械能，并通過壓氣機把機械能轉(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遠大于蓄電池的能量了最后，發(fā)動機上的空氣渦輪起動機把APU空氣的壓力轉(zhuǎn)化為帶動發(fā)動機核心機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能，在達到發(fā)動機起動轉(zhuǎn)速時噴油點火，最終靠燃料的化學(xué)能使發(fā)動機進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。所以，在整個起動過程中，帶動發(fā)動機核心機旋轉(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:飛機本身只需要攜帶一個能量很低的，充足了電的蓄電池，通過APU，就能夠自主的完成發(fā)動機的起動，而不再依賴于地面設(shè)備來起動發(fā)動機。四、APU的特點APU和發(fā)動機一樣，都是燃氣渦輪裝置，但它們的目的不同，這是個很大的區(qū)別，發(fā)動機用于產(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)動機起動，還為飛機的空調(diào)系統(tǒng)供應(yīng)連續(xù)不斷的空氣。這個特點使APU不同于發(fā)動機。它要求APU在設(shè)計時，使渦輪產(chǎn)生的機械能主要通過壓氣機轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，還有一部分機械能通過齒輪傳遞給發(fā)電機以產(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)動機的主要區(qū)別五、APU的工作和發(fā)動機不同的是，APU的工作狀態(tài)很簡單，在起動過程完成之后，就進入了穩(wěn)定工作狀態(tài)，即轉(zhuǎn)速維持不變。而發(fā)動機的卻需要依據(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:保持轉(zhuǎn)速不變引氣，是APU的目的。就是把APU壓氣機產(chǎn)生的壓縮空氣引出去給飛機的空調(diào)系統(tǒng)和發(fā)動機起動。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，下面將講訴這個問題六、APU的發(fā)展早期的APU，象發(fā)動機一樣，氣流從進氣口先通過壓氣機，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)起了壓氣機和渦輪。如波音737的APU。這個設(shè)計有個缺點，就是在給發(fā)動機引氣以起動發(fā)動機時，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，普遍采用進氣分流，增加了負(fù)載壓氣機。這個結(jié)構(gòu)的特點是:進氣道進來的氣流分成兩股，一股進入正常的增壓壓氣機和渦輪，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;而另一股氣流進入負(fù)載壓氣機，這部分氣流由負(fù)載壓氣機增壓，專門用于產(chǎn)生供飛機使用的壓縮空氣。在這股氣流的進口有流量調(diào)節(jié)活門(進口導(dǎo)流葉片)，它根據(jù)飛機對壓縮空氣的需求，實時的對活門(葉片)開度進行調(diào)節(jié)，來控制進入負(fù)載壓氣機空氣的多少。這個設(shè)計使APU的負(fù)載部分和功率部份分開了，因此在大量引氣時也不會早成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。獨立的負(fù)載部分和功率部分是現(xiàn)在APU的特點。 {注明一點，負(fù)載壓氣機依然由渦輪通過傳動軸帶動，說它獨立是指氣流分別進入兩個部分，不再相干}: 回答者：網(wǎng)友

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