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        起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)影響分析

        2017-06-05 20:06:05郭斌李寧坤
        中國科技博覽 2017年13期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)

        郭斌++李寧坤

        [摘 要]某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用空氣渦輪起動(dòng)機(jī),為了研究其地面起動(dòng)的過程,對(duì)起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力進(jìn)行研究,分析了不同起動(dòng)機(jī)供氣壓力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:升高起動(dòng)機(jī)供氣壓力能增加空氣渦輪起動(dòng)機(jī)輸出軸功率,縮短起動(dòng)Ⅰ、Ⅱ階段的時(shí)間,增大起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速,縮短發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間。

        [關(guān)鍵詞]航空發(fā)動(dòng)機(jī) 空氣渦輪起動(dòng)機(jī) 地面起動(dòng) 起動(dòng)時(shí)間

        中圖分類號(hào):V233.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2017)13-0129-01

        1 起動(dòng)過程簡介

        航空Ⅰ發(fā)動(dòng)機(jī)從零轉(zhuǎn)速加速到慢車轉(zhuǎn)速的過程稱為起動(dòng)過程。發(fā)動(dòng)機(jī)的地面起動(dòng)一般包含以下三個(gè)階段[1],第Ⅰ階段:燃燒室點(diǎn)火燃燒之前,在起動(dòng)機(jī)的輔助下,將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子加速接近至點(diǎn)火轉(zhuǎn)速。當(dāng)高壓轉(zhuǎn)速到達(dá)時(shí),向燃燒室中噴入燃油并點(diǎn)燃。第Ⅱ階段:待燃燒室內(nèi)燃油點(diǎn)燃形成穩(wěn)定的火源之后,渦輪便開始進(jìn)入工作狀態(tài),發(fā)出功。第Ⅲ階段:當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到時(shí),渦輪的輸出功率已明顯遠(yuǎn)大于壓氣機(jī)所需要的功率,此時(shí),可以斷開起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的聯(lián)接,發(fā)動(dòng)機(jī)依靠渦輪的扭矩獨(dú)自將發(fā)動(dòng)機(jī)從加速到慢車轉(zhuǎn)速,至此,完成發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)起動(dòng)過程(圖1)。

        2 起動(dòng)機(jī)對(duì)起動(dòng)的影響

        從起動(dòng)的三階段來看,在起動(dòng)第一階段由起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn),第二階段由起動(dòng)機(jī)和渦輪共同做功帶轉(zhuǎn),當(dāng)起動(dòng)機(jī)脫開后僅由渦輪做功帶轉(zhuǎn)。起動(dòng)機(jī)只在起動(dòng)第一、二階段參與工作,因而其產(chǎn)生的功率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的影響體現(xiàn)在這兩個(gè)階段。如果發(fā)動(dòng)機(jī)所消耗的功率是確定的,則決定轉(zhuǎn)子加速度的剩余功率大小取于起動(dòng)機(jī)功率和渦輪功率。起動(dòng)機(jī)的功率越大,發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程所需的時(shí)間則越短,尤其是可以大大縮短主燃燒室進(jìn)入點(diǎn)火的時(shí)間。

        某型發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng)采用空起渦輪起動(dòng)機(jī)??諝鉁u輪起動(dòng)機(jī)具有質(zhì)量輕、功率大、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能表現(xiàn),可以通過起動(dòng)機(jī)功率和輸出轉(zhuǎn)速、扭矩等性能參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的調(diào)節(jié),空氣渦輪起動(dòng)機(jī)輸出軸功率可表示為:

        式中:為空氣渦輪起動(dòng)機(jī)輸出軸功率(KW);R為氣體常數(shù)(J/(K·mol));K為氣體等熵指數(shù);為空氣渦輪起動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣質(zhì)量流量(kg/s);為空氣渦輪起動(dòng)機(jī)進(jìn)口空氣總溫(K);為空氣渦輪起動(dòng)機(jī)效率,為起動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口空氣總壓(Pa);為渦輪后的壓力(Pa),等于或者稍大于大氣壓力。

        3 試驗(yàn)分析

        3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        從式1和2可知,起動(dòng)機(jī)的輸出軸功率和起動(dòng)機(jī)進(jìn)口的壓力和溫度相關(guān)。起動(dòng)機(jī)進(jìn)口的進(jìn)氣壓力越大,渦輪膨脹比越大,起動(dòng)機(jī)的輸出軸功率越大,起動(dòng)機(jī)進(jìn)口氣流溫度越高,起動(dòng)機(jī)的輸出軸功率越大。

        由于起動(dòng)機(jī)僅在起動(dòng)的第一、第二階段工作,起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力主要影響起動(dòng)機(jī)的帶轉(zhuǎn)能力,起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力越高,起動(dòng)機(jī)能發(fā)出的功越大,帶轉(zhuǎn)能力越強(qiáng),起動(dòng)機(jī)脫開時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高。由于起動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度變化范圍較小,本文僅研究壓力變化影響。

        本文選取不同起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力,并在真實(shí)情況下進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)地面起動(dòng),主要研究參數(shù)為地面起動(dòng)時(shí)間、起動(dòng)機(jī)脫開時(shí)間和脫開時(shí)的排氣溫度。試驗(yàn)過程中,為了排除其他因素的影響,保持起動(dòng)供油規(guī)律不變,并盡量保證實(shí)驗(yàn)過程中的環(huán)境壓力和溫度一致。

        3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

        選取不同的起動(dòng)機(jī)供氣壓力進(jìn)行地面起動(dòng)。由于試驗(yàn)時(shí)氣源所限,選擇4種不同的起動(dòng)機(jī)供氣壓力進(jìn)行起動(dòng)。試驗(yàn)中具體的試驗(yàn)結(jié)果見表1,3號(hào)和4號(hào)試驗(yàn)起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力基本一致。起動(dòng)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化情況見圖2。

        從圖中可以較為明顯的區(qū)分起動(dòng)的3個(gè)階段,Ⅰ階段起動(dòng)機(jī)單獨(dú)帶轉(zhuǎn),4號(hào)試驗(yàn)和5號(hào)試驗(yàn)基本同時(shí)點(diǎn)火,說明4號(hào)和5號(hào)起動(dòng)機(jī)在前段帶轉(zhuǎn)能力差別不大。1號(hào)和2號(hào)點(diǎn)燃時(shí)間基本一致,1號(hào)略快。Ⅱ階段區(qū)分較為明顯,起動(dòng)過程中起動(dòng)供油規(guī)律保持一致,5號(hào)試驗(yàn)由于轉(zhuǎn)速上升很快故觸發(fā)起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速脫開條件脫開起動(dòng)機(jī),1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)觸發(fā)起動(dòng)時(shí)間脫開起動(dòng)機(jī)。3階段主要靠渦輪做功,斜率基本一致。

        可知,起動(dòng)機(jī)供氣壓力對(duì)起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速影響很大。1號(hào)、2號(hào)試驗(yàn)起動(dòng)機(jī)供氣壓力差別不明顯,起動(dòng)機(jī)脫開時(shí)間基本一致;3號(hào)、4號(hào)試驗(yàn)起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速較1號(hào)、2號(hào)有明顯提升,5號(hào)試驗(yàn)達(dá)到轉(zhuǎn)速脫開條件,可見起動(dòng)機(jī)供氣壓力提高后起動(dòng)機(jī)發(fā)出更大的功,提高了脫開轉(zhuǎn)速,降低了起動(dòng)時(shí)間(表1)。

        由于起動(dòng)過程中起動(dòng)供油規(guī)律保持一致,從表1的統(tǒng)計(jì)可以看出,排氣溫度最大值隨著起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力的增大有下降的趨勢,可見,當(dāng)起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力提高后,發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間縮短,排氣溫度最高值減小。

        4 結(jié)論

        從試驗(yàn)中我們可以得到以下結(jié)論:

        a)空氣渦輪起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力對(duì)起動(dòng)機(jī)輸出軸功率有較大影響,當(dāng)起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力提高后,起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)能力增加,發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)脫開轉(zhuǎn)速提高;

        b)當(dāng)起動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力提高后,排氣溫度最高值減小,起動(dòng)時(shí)間縮短。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 廉筱純,吳虎.航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2005.6.

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