，玉梅

(中國飛行試驗(yàn)研究院發(fā)動(dòng)機(jī)所，陜西 西安 710089)

0 引言

該輔助動(dòng)力裝置(簡稱APU)，主要用于在地面或空中為飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、座艙環(huán)境控制、機(jī)翼防冰等提供壓縮氣源，驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)為飛機(jī)地面維護(hù)和空中應(yīng)急提供所需電能[1]。輔助動(dòng)力裝置通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的合理、有效設(shè)計(jì)對APU附件的使用壽命、飛行安全、延長使用壽命降低成本有著非常重要的作用，同時(shí)也是試飛鑒定考核的一項(xiàng)重要內(nèi)容[2]。本文通過加裝在APU艙內(nèi)的環(huán)境溫度傳感器和附件表面的鉑電阻溫度片對艙內(nèi)環(huán)境溫度和主要附件表面進(jìn)行溫度測量，分析高溫條件下的試飛結(jié)果，得到了溫度數(shù)值、變化規(guī)律及相關(guān)因素對其影響。其結(jié)果對APU艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和試飛方法的改進(jìn)都有借鑒意義。

1 APU冷卻形式及其使用范圍

APU通風(fēng)冷卻系統(tǒng)是保證APU在其工作包線范圍內(nèi)正常工作不可缺少的系統(tǒng)之一，其主要功能是在飛機(jī)整個(gè)工作包線范圍內(nèi)為APU提供滿足其冷卻要求的氣流；同時(shí)對APU艙內(nèi)的零部件，APU表面及其附件進(jìn)行冷卻，使其溫度在正常工作的溫度范圍之內(nèi)；并將冷卻后的氣體有效地排出機(jī)艙外[3]。

APU艙的冷卻氣流由APU提供。APU冷卻風(fēng)扇在附件傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下從APU進(jìn)氣穩(wěn)壓腔抽吸空氣，經(jīng)冷卻風(fēng)扇出氣管將冷卻空氣分成兩路分別對APU艙和滑油散熱器進(jìn)行冷卻。APU冷卻風(fēng)扇后的一股氣流經(jīng)APU艙冷卻氣進(jìn)口直接排入APU艙前端，由于冷卻風(fēng)扇對冷卻氣流做功，氣流壓力升高，冷卻氣流在壓差作用下由前向后圍繞APU向排氣百葉窗流動(dòng)，冷卻后的氣流經(jīng)APU艙上的排氣百葉窗排入外部大氣[4]。

2 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

試驗(yàn)時(shí)在APU附件表面和APU艙加裝溫度傳感器測取溫度，鑒定考核冷卻通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠性。試驗(yàn)在高溫條件下進(jìn)行，飛機(jī)正常起飛爬升，至一定飛行高度，以一定速度進(jìn)行長時(shí)間(10～20 min)穩(wěn)定平飛，試驗(yàn)過程中，APU保持工作狀態(tài)[5]。

圖1、圖2分別為相同飛行高度，相同外界大氣溫度，不同飛行速度條件下，APU艙溫的變化曲線[6]。

(1)艙溫試飛結(jié)果

圖1 試飛中艙溫的歷程曲線

圖2 試飛中艙溫的歷程曲線

從圖分析，可獲得以下結(jié)論：

a)飛機(jī)地面滑行時(shí)，APU艙溫不斷上升，直到飛機(jī)爬升前艙溫達(dá)到最高值，之后隨著飛行高度降低，艙溫下降，直到最高飛行高度，降到最低點(diǎn)，而在飛機(jī)下降過程溫度不斷上升；

b)保持速度穩(wěn)定平飛階段，開始艙溫呈現(xiàn)下降趨勢，最后趨于穩(wěn)定；

c)對于相同高度，相同高空外界大氣溫度條件下，不同速度平飛試驗(yàn)結(jié)果表明，最小速度時(shí)APU艙溫最高，之后速度增加，艙溫降低，但在隨著速度繼續(xù)上升，溫度又呈現(xiàn)上升的趨勢。如圖3所示。

圖3 不同速度條件下的APU艙溫試飛結(jié)果

(2)附件表面溫度結(jié)果分析

圖4 35℃、穩(wěn)定平飛附件表面溫度試飛歷程曲線

圖5 34℃、穩(wěn)定平飛附件表面溫度試飛歷程曲線

從圖上分析獲得如下結(jié)論：

a)地面滑行階段艙溫和附件表面溫度不斷上升達(dá)到最高值，之后隨著飛機(jī)高度上升，溫度不斷下降；

b)下降階段隨著飛行高度下降，溫度持續(xù)上升；

c)保持一定速度一定高度穩(wěn)定平飛階段，附件表面溫度開始降低，最后趨于穩(wěn)定；

d)速度對附件表面溫度的影響，如圖6所示，小速度飛行時(shí)，附件表面溫度最高，之后，速度上升，溫度降低，但隨著速度繼續(xù)上升，溫度又呈現(xiàn)上升趨勢。

圖6 不同速度條件下的附件表面溫度結(jié)果

3 結(jié)論

通過分析高溫條件下(地面溫度接近35℃)，飛機(jī)進(jìn)行長時(shí)間穩(wěn)定平飛時(shí)，APU冷卻通風(fēng)系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果，可以得出：APU艙環(huán)境溫度和附件表面溫度最高值出現(xiàn)在地面滑行階段；上升和下降階段，均隨高度上升溫度不斷降低；保持高度、速度穩(wěn)定平飛階段，各溫度值開始持續(xù)降低，最后趨于穩(wěn)定；另外，小速度飛行不利于APU冷卻通風(fēng)。

[1] 飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)分冊——?jiǎng)恿ρb置分冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，2006

[2] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).GJB243A 航空燃?xì)鉁u輪動(dòng)力裝置飛行試驗(yàn)規(guī)范[S].北京：國防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部，2004(11)40

[3] AP-21-03R3.適航管理程序 型號(hào)合格審定程序[S].中國民用航空總局：2012，08

[4] 黃國平，梁德旺，何志強(qiáng).大型飛機(jī)輔助動(dòng)力裝置與微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)比對[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2008，02(2)：383-388

[5] CCAR-25-R3, 中國民用航空規(guī)章運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)[S]， 中國民用航空總局， 2001(5)175

[6] 巍錦洲，吳美茜，王京.APU冷卻通風(fēng)系統(tǒng)溫度測量與分析[J].工程與試驗(yàn)，2011，2(2)：11-13