李奕新，譚航，楊水銀

（1.中國燃?xì)鉁u輪研究院，成都610500；2.陜西航空電氣有限責(zé)任公司，西安713107）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

李奕新1，譚航1，楊水銀2

（1.中國燃?xì)鉁u輪研究院，成都610500；2.陜西航空電氣有限責(zé)任公司，西安713107）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)是保證飛機(jī)完成飛行任務(wù)的一個(gè)重要部件，其研發(fā)和制造涵蓋多個(gè)技術(shù)生產(chǎn)領(lǐng)域。介紹了國內(nèi)外電點(diǎn)火系統(tǒng)的主要體系和發(fā)展現(xiàn)狀，并根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用條件、起動(dòng)包線、與燃燒室的兼容性、環(huán)境適應(yīng)性等總體要求及元器件材料和工藝水平，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火系統(tǒng)自身研制特點(diǎn)和技術(shù)特征，分析了不同電點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和性能優(yōu)勢。探討了電點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，并指出變頻變能電點(diǎn)火系統(tǒng)是未來主要發(fā)展方向。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；電容放電點(diǎn)火系統(tǒng)；變能變頻點(diǎn)火系統(tǒng)；技術(shù)特征；發(fā)展特點(diǎn)

1　引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油的燃燒需要點(diǎn)火系統(tǒng)引燃作為能量開啟。發(fā)動(dòng)機(jī)必須保證低的空中停車率及良好的空中點(diǎn)火能力，點(diǎn)火系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和再起動(dòng)的關(guān)鍵部件，其工作特性和能力將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和再起動(dòng)的成功與否，甚至整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全。隨著作戰(zhàn)需求的不斷變化，飛機(jī)作戰(zhàn)性能的要求也越來越高，對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)，也提出了質(zhì)量輕、體積小、性能指標(biāo)高、壽命長、可靠性高，甚至具備可自診斷和智能化等新的要求。

點(diǎn)火系統(tǒng)的選擇主要考慮［1］發(fā)動(dòng)機(jī)類別、起動(dòng)包線、點(diǎn)火系統(tǒng)與燃燒室的設(shè)計(jì)相容性、發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境適應(yīng)性等因素。不同發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的要求各不相同，這就決定了需要對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行廣泛研究、不斷豐富發(fā)展。本文立足于國內(nèi)外在研、在役電點(diǎn)火系統(tǒng)的研究和使用現(xiàn)狀，總結(jié)了電點(diǎn)火系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，分析了電點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)展方向和趨勢。

2　電點(diǎn)火系統(tǒng)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火系統(tǒng)一般由點(diǎn)火裝置、點(diǎn)火電嘴和點(diǎn)火電纜組成。常用的電點(diǎn)火系統(tǒng)分為高壓電感系統(tǒng)（電嘴放電電壓超過5 kV）、低壓電感系統(tǒng)（電嘴放電電壓低于5 kV）、高壓電容系統(tǒng)（電嘴放電電壓超過5 kV）和低壓電容系統(tǒng)（電嘴放電電壓低于5 kV）四種類型。四種點(diǎn)火系統(tǒng)的主要性能［2-3］見表1。表2為國內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室采用的電點(diǎn)火系統(tǒng)類型。

電點(diǎn)火系統(tǒng)研制技術(shù)能力要求高，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造涵蓋了電力電子、AC/DC變換、DC/AC變換、電磁設(shè)計(jì)、高壓電工程、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、EMC技術(shù)、特種工程陶瓷材料、絕緣材料、數(shù)字/模擬電路、機(jī)械設(shè)計(jì)制造、熱工、金屬表面處理、封接等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。除了研制和生產(chǎn)，還需進(jìn)行一系列試驗(yàn)驗(yàn)證［4］，包括功能性能試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、電磁兼容試驗(yàn)、點(diǎn)火系統(tǒng)循環(huán)試驗(yàn)，以及隨發(fā)動(dòng)機(jī)飛行考核試驗(yàn)等。

表1　電點(diǎn)火系統(tǒng)的主要性能比較Table 1 The comparison of the main performance for electric ignition systems

表2　國內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室使用的點(diǎn)火裝置實(shí)例Table 2 The examples of ignition system for combustor

3　航空發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火系統(tǒng)現(xiàn)狀

3.1國外現(xiàn)狀

航空發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火裝置，根據(jù)電路形式分為電子式和機(jī)械振子式兩種，其應(yīng)用都很廣泛。

目前，俄制大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)點(diǎn)火裝置，前級(jí)主要采用機(jī)械振子逆變升壓變壓器、后級(jí)采用氣體放電管作為放電開關(guān)的電路形式；歐美制大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)點(diǎn)火，前級(jí)主要采用半導(dǎo)體功率管逆變升壓、后級(jí)采用氣體放電管或功率半導(dǎo)體作為放電開關(guān)的電路形式；小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)、起動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置等的起動(dòng)點(diǎn)火裝置，均采用半導(dǎo)體功率管逆變升壓、氣體放電管作為放電開關(guān)的電路形式。

機(jī)械振子逆變升壓變壓器［5］具有工作環(huán)境溫度范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，但其體積大、質(zhì)量大、電磁輻射強(qiáng)，使得俄制點(diǎn)火裝置存在體積龐大、質(zhì)量大、壽命低、電磁兼容性差等缺點(diǎn)。氣體放電管的工作環(huán)境溫度范圍寬，過載性能好，但其擊穿電壓參數(shù)離散性較大，導(dǎo)致采用氣體放電管作為放電開關(guān)的點(diǎn)火裝置的輸出電壓、能量及放電頻率穩(wěn)定性差。

由于掌握了耐高溫半導(dǎo)體功率器件技術(shù)，歐美制航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)點(diǎn)火裝置具有體積小、質(zhì)量小、壽命長、可靠性高、電磁兼容性好、點(diǎn)火參數(shù)的反饋和管理較為先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。電點(diǎn)火系統(tǒng)多采用雙路一體化設(shè)計(jì)，且已將先進(jìn)的可變頻率能量的點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)用于在役飛行器。

為解決目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置輸出電壓、能量及放電頻率穩(wěn)定性差等問題，歐美率先開展了固態(tài)點(diǎn)火裝置的研發(fā)。固態(tài)電點(diǎn)火裝置完全采用半導(dǎo)體器件代替機(jī)械式振子變壓器和氣體放電管，實(shí)現(xiàn)了減小質(zhì)量、體積，精確控制輸出電壓、能量及放電頻率的目的。同時(shí)，由于半導(dǎo)體器件具有可控性，為點(diǎn)火裝置實(shí)現(xiàn)變能、變頻、診斷等功能奠定了基礎(chǔ)。目前美國的一些軍用發(fā)動(dòng)機(jī)輔助動(dòng)力裝置及民用發(fā)動(dòng)機(jī)，已采用了固態(tài)點(diǎn)火裝置。

3.2國內(nèi)現(xiàn)狀

從20世紀(jì)60年代的第一代高壓電感式點(diǎn)火裝置發(fā)展至今，國內(nèi)已完成幾代電點(diǎn)火系統(tǒng)的研發(fā)，基本滿足了航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的需要。但還沒有在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和基礎(chǔ)技術(shù)等各個(gè)方面形成完整的核心體系，特別是在材料、元器件、工藝等工程化技術(shù)方面差距較大，導(dǎo)致產(chǎn)品的可靠性、壽命等質(zhì)量指標(biāo)上與國外存在一定差距。

國內(nèi)耐高溫半導(dǎo)體器件技術(shù)水平低，無法滿足大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫工作環(huán)境要求。目前，國內(nèi)大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置，基本采用機(jī)械振子逆變升壓變壓器實(shí)現(xiàn)逆變升壓、采用氣體放電管作為放電控制開關(guān)的電路形式，只有在一些工作環(huán)境溫度較低的小型發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置、起動(dòng)機(jī)上，采用半導(dǎo)體功率管升壓電路。

我國點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁兼容性研發(fā)工作開展得較晚，相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料和元器件比較薄弱，點(diǎn)火系統(tǒng)的電源傳導(dǎo)干擾（CE102）和電場輻射干擾（RE102）都普遍超標(biāo)。目前通過開展點(diǎn)火裝置、點(diǎn)火電纜和點(diǎn)火電嘴之間的匹配性研究，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性試驗(yàn)，開展技術(shù)攻關(guān)，逐步解決點(diǎn)火系統(tǒng)電磁兼容性問題。

我國近年來也開展了固態(tài)點(diǎn)火系統(tǒng)、等離子點(diǎn)火系統(tǒng)、變能變頻點(diǎn)火系統(tǒng)的預(yù)研工作，并完成了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證。目前固態(tài)點(diǎn)火系統(tǒng)已具備在一些工作環(huán)境溫度較低的小型發(fā)動(dòng)機(jī)上工程化試驗(yàn)驗(yàn)證的能力；等離子點(diǎn)火系統(tǒng)、變頻變能點(diǎn)火系統(tǒng)已開展工程化應(yīng)用論證。但由于國內(nèi)耐高溫半導(dǎo)體器件技術(shù)進(jìn)步緩慢，遲遲不能為我國大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)提供質(zhì)量小、體積小、壽命長、電磁兼容性好的固態(tài)點(diǎn)火裝置及變能變頻點(diǎn)火裝置。

4　發(fā)展趨勢

隨著飛行器作戰(zhàn)需求的不斷變化和作戰(zhàn)性能的不斷提高，對(duì)其推進(jìn)裝置提出了更高的要求——推重比高、燃燒室長度縮短、火焰穩(wěn)定極限范圍縮小。相應(yīng)地，對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)也提出了新的要求：質(zhì)量小、體積小、性能高、壽命長、可靠性高，甚至要求具備可控、可自診斷、可故障預(yù)報(bào)等功能。航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，可歸納為：

（1）從電感儲(chǔ)能走向電容儲(chǔ)能。

點(diǎn)火裝置是能量貯存與釋放的關(guān)鍵件，內(nèi)部有專門的儲(chǔ)能器件，為電容或電感。電感儲(chǔ)能點(diǎn)火裝置的儲(chǔ)存能量一般為幾十毫焦耳，放電頻率高，不可控。電容儲(chǔ)能式點(diǎn)火裝置儲(chǔ)能可達(dá)十幾焦耳，放電頻率低，可控。電感系統(tǒng)用于間接點(diǎn)火，系統(tǒng)質(zhì)量大；電容系統(tǒng)用于直接點(diǎn)火。目前除個(gè)別老機(jī)種尚沿用電感系統(tǒng)外，新機(jī)種均使用電容系統(tǒng)。常見電容放電點(diǎn)火系統(tǒng)原理如圖1所示，通過對(duì)存儲(chǔ)電容器充電積累足夠的電壓，以電容器瞬時(shí)放電的方式釋放給點(diǎn)火電嘴。其儲(chǔ)能能量指點(diǎn)火部件放電管飛弧瞬間充電儲(chǔ)能電容器中的電場能量，或利用斷電器觸點(diǎn)使感應(yīng)線圈初級(jí)繞組中的電流切斷瞬間線圈的磁場能量，決定了放電能量和儲(chǔ)能電容器（或感應(yīng)線圈）的質(zhì)量及尺寸。

圖1　常見電容放電點(diǎn)火系統(tǒng)原理圖Fig.1 The scheme of the capacitance-type ignition system

（2）從機(jī)械式走向電子式。

點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展歷程，也是電子元器件的發(fā)展歷程，從有觸點(diǎn)發(fā)展為無觸點(diǎn)，從模擬式發(fā)展為數(shù)字式。

有觸點(diǎn)式和無觸點(diǎn)式點(diǎn)火裝置［5］的區(qū)別主要在于，點(diǎn)火裝置內(nèi)部是否含有帶振動(dòng)觸點(diǎn)的電壓變換器等器件。有觸點(diǎn)式點(diǎn)火裝置，直流變換部分通過電磁機(jī)械振子來完成。通過振子變壓器線圈的變換作用，將低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏好}沖電，經(jīng)冷陰極管整流后對(duì)儲(chǔ)能電容器充電，電容器的電壓達(dá)到放電管的擊穿電壓后，放電管被擊穿，將能量釋放給電纜和電嘴，在點(diǎn)火電嘴發(fā)火端形成電火花，然后重復(fù)這個(gè)過程。正因?yàn)檠b置內(nèi)部含有機(jī)械活動(dòng)部件，有觸點(diǎn)式點(diǎn)火裝置的使用壽命比無觸點(diǎn)電子式點(diǎn)火裝置短很多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，帶機(jī)械觸點(diǎn)的點(diǎn)火裝置首翻期大多不超過1 000次接通工作。

無觸點(diǎn)式點(diǎn)火裝置是當(dāng)接通直流電源時(shí)，通過濾波電路、直流變換電路將低壓直流變換為高壓交流電，經(jīng)過高壓硅堆整流后對(duì)儲(chǔ)能電容器充電，電容器的電壓達(dá)到放電管的擊穿電壓后，放電管被擊穿，通過放電管進(jìn)行放電，電嘴發(fā)出一個(gè)火花。這種無觸點(diǎn)式點(diǎn)火裝置的電壓變換，主要靠晶體管器件。

這種使用晶體管器件的點(diǎn)火裝置（圖2）的直流變換由于采用自激逆變?cè)恚漭敵鰠?shù)的穩(wěn)定性受到輸入?yún)?shù)和環(huán)境條件的影響仍然較大。有觸點(diǎn)式點(diǎn)火裝置可以在180℃環(huán)境下長期工作，在210℃下短期工作。而采用晶體管器件的無觸點(diǎn)點(diǎn)火裝置最大的劣勢，就是因元器件溫度限制（125℃下長期工作），難以滿足部分航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)成附件使用溫度越來越高的要求。所以，目前高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用有觸點(diǎn)式點(diǎn)火裝置。但從另一方面講，無觸點(diǎn)的點(diǎn)火裝置內(nèi)部無活動(dòng)部件，因此無機(jī)械和電氣磨損，耐振動(dòng)、沖擊等環(huán)境適應(yīng)性好，且內(nèi)部無機(jī)械開關(guān)動(dòng)作，大大降低了電磁輻射，其相對(duì)主機(jī)的電磁兼容性較好。

圖2　晶體管點(diǎn)火裝置線路實(shí)例Fig.2 The example of circuit for transistor-type ignition unit

目前，絕大部分點(diǎn)火裝置均采用放電管作為放電回路的控制元件，但放電管的壽命短，且為保證放電管的穩(wěn)定性，通常會(huì)在產(chǎn)品內(nèi)部添加氣態(tài)放射性元素，大大提高了系統(tǒng)安全性保障措施要求。

為解決上述問題，另一種無觸點(diǎn)點(diǎn)火裝置——數(shù)字集成電路式點(diǎn)火裝置成為國內(nèi)的研究方向。該類型點(diǎn)火裝置的直流變換部分采用他激原理，多數(shù)使用脈寬調(diào)制器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自穩(wěn)頻控制，使輸出參數(shù)徹底擺脫輸入?yún)?shù)和環(huán)境條件的影響。采用晶閘管（可控硅）代替放電管。與放電管相比，晶閘管具有體積小、結(jié)構(gòu)可靠、壽命長且不具有放射性等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，模擬式和數(shù)字式的無觸點(diǎn)點(diǎn)火裝置的首翻期可達(dá)到4 000次接通工作，并隨著技術(shù)進(jìn)步不斷增加。同時(shí)，由于半導(dǎo)體器件具有可控性，為點(diǎn)火裝置實(shí)現(xiàn)變能、變頻、診斷等功能奠定了基礎(chǔ)。目前，固態(tài)點(diǎn)火裝置已在美國一些軍用發(fā)動(dòng)機(jī)輔助動(dòng)力裝置及民用發(fā)動(dòng)機(jī)上采用。國內(nèi)正在將固態(tài)點(diǎn)火技術(shù)與數(shù)控技術(shù)結(jié)合，研制一種變能變頻點(diǎn)火系統(tǒng)。

（3）從固定頻率式走向變能變頻式。

變能變頻點(diǎn)火技術(shù)是基于傳統(tǒng)電點(diǎn)火系統(tǒng)的一種先進(jìn)的智能化點(diǎn)火技術(shù)，基于此技術(shù)形成的點(diǎn)火系統(tǒng)與傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的最大區(qū)別，在于擁有可變點(diǎn)火頻率和火花能量的點(diǎn)火裝置。變頻變能電點(diǎn)火電路框圖見圖3，其核心技術(shù)是固態(tài)點(diǎn)火技術(shù)。該技術(shù)利用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)點(diǎn)火技術(shù)中的觸點(diǎn)變壓器、氣體放電管等，其電磁兼容性、電源適應(yīng)性、輸出參數(shù)穩(wěn)定性、壽命、可靠性、維修性，均比傳統(tǒng)的點(diǎn)火裝置有較大的提高。

此外，在固態(tài)點(diǎn)火電路的基礎(chǔ)上，變能變頻點(diǎn)火裝置還增加了控制電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出頻率、能量的控制；能在不同氣候條件下為航空發(fā)動(dòng)機(jī)提供相應(yīng)點(diǎn)火頻率、能量的電火花。如低溫、低氣壓等環(huán)境條件下起動(dòng)較難，此時(shí)起動(dòng)點(diǎn)火需要較大的火花能量及較高的火花頻率；而在高溫、發(fā)動(dòng)機(jī)熱態(tài)下點(diǎn)火較容易，可適當(dāng)降低火花能量及頻率，從而降低電源功率，減輕飛行器負(fù)擔(dān)。變頻變能點(diǎn)火裝置因其輸出參數(shù)連續(xù)可調(diào)的優(yōu)質(zhì)特性，可在試驗(yàn)中逐步確定其所配套發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下的最佳點(diǎn)火參數(shù)，摸索出點(diǎn)火系統(tǒng)儲(chǔ)存能量極限值和燃燒室點(diǎn)火火花頻率極限值，通過兩者從最低到峰值的相互匹配，逐一進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，確定不同工況下儲(chǔ)存能量和火花頻率的最佳組合值。進(jìn)一步通過控制邏輯給出發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下點(diǎn)火參數(shù)，從而有效提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)在不同條件下的起動(dòng)點(diǎn)火可靠性。

圖3　變頻變能電點(diǎn)火電路框圖Fig.3 The principle chart of the variable-frequency ignition system

變頻變能點(diǎn)火裝置還配備有診斷電路，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)輸出參數(shù)（火花能量、頻率等）、產(chǎn)品工作故障的可反饋，可判斷，甚至進(jìn)行故障預(yù)報(bào)，以便控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)一步提高點(diǎn)火成功率。同時(shí)，也提升了產(chǎn)品的測試性及維修性，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)的健康管理，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

（4）交直流供電并行，直流從低壓供電走向高壓供電。

電點(diǎn)火系統(tǒng)既可采用直流供電，也可采用交流供電，不同供電方式的電路示意圖見圖4。兩者之間最大的區(qū)別在于直流電源需要增加逆變模塊，將直流逆變成交流，才能通過電磁感應(yīng)原理升壓。因而交變點(diǎn)火系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單，可靠性高，體積和質(zhì)量小，同時(shí)具有使用溫度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但其必須配備相應(yīng)的交流電源設(shè)備。因此，交流點(diǎn)火系統(tǒng)雖然在體積、質(zhì)量等方面占優(yōu)勢，但是受到主機(jī)電源設(shè)備的限制。

圖4　點(diǎn)火系統(tǒng)電路示意圖Fig.4 The sketch map of the circuit for ignition system

發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)時(shí)，燃燒室點(diǎn)火系統(tǒng)一般由直流電源供電；發(fā)動(dòng)機(jī)工作后，飛機(jī)的交流發(fā)電機(jī)可提供交流電源，同時(shí)考慮控制點(diǎn)火系統(tǒng)質(zhì)量和體積，加力燃燒室點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)先選用交流供電。國內(nèi)小型飛機(jī)，特別是無人機(jī)，基本只配備直流電源一種，且配裝的發(fā)動(dòng)機(jī)多為小型渦噴或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，不帶加力燃燒室。因此，直流點(diǎn)火系統(tǒng)目前在國內(nèi)應(yīng)用得更為常規(guī)和普遍，只有大推力帶加力燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)才考慮配裝交流點(diǎn)火系統(tǒng)。為滿足加力燃燒室快速點(diǎn)燃的需要，加力點(diǎn)火系統(tǒng)的火花頻率要求較高。

270 V高壓直流點(diǎn)火系統(tǒng)是近年的發(fā)展趨勢。其原理與低壓直流點(diǎn)火系統(tǒng)相同，但因其供電電源電壓高，升壓電路升壓比明顯減小，大大縮小了升壓電路的體積與質(zhì)量；不過考慮到飛行器電源需要給各類機(jī)載設(shè)備和成附件供電，28 V低壓電源的適用性更強(qiáng)，因此目前配備高壓電源的飛行器非常少，難以普遍應(yīng)用。但隨著飛行器電源系統(tǒng)的豐富，高壓點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)展迅速。表3示出了不同電源系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。

表3　不同電源系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Table 3 The comparison of various power supply system

（5）點(diǎn)火電嘴耐溫逐步提升。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中，為提升燃油效率，壓氣機(jī)的進(jìn)口溫度和燃燒室的燃燒溫度將提高。相應(yīng)地，點(diǎn)火電嘴的工作環(huán)境溫度特別是頭部耐溫也必須提高。

點(diǎn)火電嘴的工作最高溫度從原來的800～900℃增加到現(xiàn)在的1 000～1 100℃，目前在研產(chǎn)品的最高溫度已提升到1 200℃左右，將來點(diǎn)火電嘴的最高工作溫度甚至?xí)^1 300℃。傳統(tǒng)點(diǎn)火電嘴電極材料的最高使用溫度不到1 300℃，不能滿足將來的高溫使用環(huán)境條件要求。尤其是電極材料在高溫條件下的電腐蝕、氧化及變形，會(huì)顯著影響點(diǎn)火電嘴的性能和壽命，研究并制造高溫、耐氧化、耐電腐蝕的電極材料，以及相關(guān)的應(yīng)用工藝、加工方法，已經(jīng)提上日程并進(jìn)入實(shí)質(zhì)研究階段。

5　結(jié)束語

以四代機(jī)為代表的先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展的主要方向包括：高機(jī)動(dòng)/敏捷性、垂直/短距起落、隱身、超聲速巡航等。隨著戰(zhàn)斗機(jī)自身要求的不斷提高，對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也隨之提升。航空發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展密不可分。正是由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)逐步控制成附件質(zhì)量及尺寸，電點(diǎn)火系統(tǒng)才走向了低壓電容點(diǎn)火系統(tǒng)；航空發(fā)動(dòng)機(jī)電源種類的日益豐富，電點(diǎn)火系統(tǒng)才擁有了交流點(diǎn)火系統(tǒng)和高壓直流點(diǎn)火系統(tǒng)；為滿足全機(jī)健康管理及擴(kuò)展起動(dòng)包線的需求，才誕生了變能變頻點(diǎn)火系統(tǒng)。目前，我國在役成熟的點(diǎn)火系統(tǒng)均為固定能量、固定頻率，但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)包線的不斷拓寬，使用條件更加苛刻，單一的點(diǎn)火頻率及火花能量已不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)需要。為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)需求、提高點(diǎn)火可靠性、同時(shí)延長點(diǎn)火系統(tǒng)壽命及減重需要，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件提供相匹配的能量和頻率的變能變頻點(diǎn)火系統(tǒng)的成功運(yùn)用，將有效解決發(fā)動(dòng)機(jī)高原起動(dòng)、空中再起動(dòng)等技術(shù)難題，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)配裝飛機(jī)拓寬工作領(lǐng)域提供一條較為有效的途徑。

［1］GJB 3811-1999，航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)特性和燃燒室設(shè)計(jì)相容性要求［S］.

［2］李奕新.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火系統(tǒng)的選擇［R］.成都：中國燃?xì)鉁u輪研究院，2004.

［3］《航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：第9冊(cè)——主燃燒室［K］.北京：航空工業(yè)出版社，2000.

［4］GJB 6065-2007，航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火系統(tǒng)通用規(guī)范［S］.

［5］吳天德.國外航空發(fā)動(dòng)機(jī)電點(diǎn)火裝置發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［J］.民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，1996，（1）：1—2.

An initial study on the current development and derivatives of the electric ignition system of aero-engine

LI Yi-xin，TAN Hang，YANG Shui-yin
（1.China Gas Turbine Establishment，Chengdu 610500，China；2.Shanxi Aviation Electricity Limited Company，Xi'an713107，China）

The ignition system，which involves multiple technology areas in development and manufacture，is one of important components for flight task.The design principle and current development of ignition systems were presented.According to the general requirements like use conditions，start envelop，compatibility to combustor and environment adaptability of aero-engine and element material as well as technological level，the design principles and performances of different ignition systems were analyzed based on the development characteristics and technical features.The trend of ignition system was discussed and it was pointed out that variable-frequency ignition system would be the focus.

aero-engine；the capacitance-type ignition system；variable-frequency ignition system；technical characteristic；development feature

V233.3

A

1672-2620（2015）06-0049-06

2015-05-11；

2015-10-12

李奕新（1970-），女，河北徐水人，高級(jí)工程師，主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣系統(tǒng)研制工作。