楊 柳，劉 雨，黃陳生

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

由于各種原因造成空中停車后，可靠的空中起動(dòng)性能是安全飛行和保持戰(zhàn)斗力的基礎(chǔ)[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是將燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)加速到慢車狀態(tài)，這是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程的基本要求是：起動(dòng)迅速、不熄火、不超溫、不出現(xiàn)喘振等[2]。

空中交叉引氣起動(dòng)是對(duì)雙發(fā)或多發(fā)飛機(jī)在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的情況下，交叉引氣到起動(dòng)機(jī)供氣閥，由工作發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)待起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程，在多型民機(jī)及直升機(jī)上應(yīng)用廣泛。動(dòng)力系統(tǒng)的交叉起動(dòng)可以降低空中單發(fā)停車及APU故障時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)空啟的風(fēng)險(xiǎn)。此外，若在地面使用交叉起動(dòng)，可提高直升機(jī)平臺(tái)的機(jī)動(dòng)出動(dòng)能力。

1??發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)介紹

某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)自主研制的全數(shù)控控制且不帶機(jī)械液壓備份的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，采用雙通道全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、加減速、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、停車過(guò)程實(shí)施全面自動(dòng)控制并對(duì)重要參數(shù)實(shí)施限制和保護(hù)。該型發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程完全由數(shù)控系統(tǒng)控制，將發(fā)動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)撥至“飛行”位，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的自動(dòng)起動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)采用空氣渦輪起動(dòng)機(jī)起動(dòng)，由起動(dòng)機(jī)、陪試發(fā)動(dòng)機(jī)提供氣源，接通點(diǎn)火裝置電源。當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值時(shí)開(kāi)始按照數(shù)控系統(tǒng)所設(shè)定的起動(dòng)供油規(guī)律進(jìn)行供油，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)斷開(kāi)起動(dòng)機(jī)，將發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)帶到慢車狀態(tài)。安全起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速的上升分為3個(gè)階段：第一階段：轉(zhuǎn)速較低時(shí)開(kāi)環(huán)供油；第二階段：按照轉(zhuǎn)速變化率供油；第三階段：數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

2??發(fā)動(dòng)機(jī)交叉起動(dòng)原理

某型發(fā)動(dòng)機(jī)由空氣起動(dòng)機(jī)起動(dòng)，氣源可以來(lái)自輔助動(dòng)力裝置或另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1所示。從圖1可以看出，APU氣源起動(dòng)時(shí)，APU引氣先通過(guò)E處起動(dòng)控制閥，再通過(guò)C1/C2處的起動(dòng)控制閥帶轉(zhuǎn)空氣渦輪起動(dòng)機(jī)，完成起動(dòng)過(guò)程；雙發(fā)引氣由不同的引氣控制閥控制，需要交叉起動(dòng)時(shí)，主起動(dòng)的引氣控制閥打開(kāi)，先通過(guò)D1/D2處的起動(dòng)控制閥，再通過(guò)C2/C1處的起動(dòng)控制閥，進(jìn)而帶轉(zhuǎn)空氣渦輪起動(dòng)機(jī)，最終帶轉(zhuǎn)待起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，完成整個(gè)交叉起動(dòng)過(guò)程。

圖1 交叉啟動(dòng)引氣管路圖

3??風(fēng)險(xiǎn)分析

進(jìn)行交叉起動(dòng)時(shí)，要了解被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)（工作發(fā)動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速限制，在試驗(yàn)過(guò)程中除了密切注意待起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)變化外，還要注意觀察被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)是否穩(wěn)定，是否受到引氣的影響。具體分析如下：

（1）空中在關(guān)閉待起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的條件下，陪試發(fā)動(dòng)機(jī)單發(fā)為直升機(jī)提供動(dòng)力，若被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)超溫、超轉(zhuǎn)等故障，影響起動(dòng)成功率，有可能導(dǎo)致雙發(fā)停車。

（2）在打開(kāi)APU的情況下，由于某型直升機(jī)環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原因，90%轉(zhuǎn)速下的發(fā)動(dòng)機(jī)被引氣壓力小于APU引氣壓力，此時(shí)必須增大發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)。因此，若引氣發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)偏低，則引氣壓力低，影響起動(dòng)成功率；若引氣發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)偏高，則被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)在引氣過(guò)程中性能衰減嚴(yán)重，有超溫、超轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

4??風(fēng)險(xiǎn)處置預(yù)案及驗(yàn)證

空中交叉起動(dòng)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)大、操縱程序的掌握難度大。通過(guò)分析空中交叉起動(dòng)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，制定了風(fēng)險(xiǎn)處置方案。

（1）執(zhí)行空中交叉起動(dòng)之前，先進(jìn)行地面起動(dòng)驗(yàn)證試驗(yàn)，使飛行員熟悉交叉起動(dòng)操縱程序、被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)變化規(guī)律及驗(yàn)證交叉起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯。同時(shí)，可以初步驗(yàn)證整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)工作情況，圖2為地面交叉起動(dòng)（右啟左）試驗(yàn)曲線。

圖2 地面交叉啟動(dòng)試驗(yàn)曲線

（2）在空中起動(dòng)科目實(shí)施之前，進(jìn)行模擬單發(fā)停車科目、模擬自轉(zhuǎn)下滑和模擬單發(fā)滑跑著陸的訓(xùn)練，確?？諉⒉怀晒r(shí)能安全返航和著陸。

（3）在空中交叉起動(dòng)前，采用APU氣源進(jìn)行待起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證，確保被起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在交叉引氣起動(dòng)高度100%的起動(dòng)成功率，以化解交叉起動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）在交叉引氣起動(dòng)高度，打開(kāi)被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)防冰（發(fā)動(dòng)機(jī)防冰引氣量稍大于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的引氣量）開(kāi)關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的影響如表1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)引氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率影響

檢查并分析被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)在防冰引氣條件下的性能高度特性，確保在交叉引氣起動(dòng)時(shí)不因?yàn)橐龤馐沟冒l(fā)動(dòng)機(jī)超溫、超轉(zhuǎn)，同時(shí)也使飛行員熟悉引氣狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)變化規(guī)律。

從圖3可以看出，直升機(jī)在平飛階段時(shí)總距桿角度（Wf）、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩值（M）基本保持不變，開(kāi)啟防冰引氣后（Saeh），發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度（T45）、燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速（Ng）均有所升高，但均未超過(guò)門限值。被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)在防冰引氣條件下的參數(shù)變化正常，理論上說(shuō)明在交叉引氣起動(dòng)時(shí)不會(huì)因?yàn)橐龤馐沟冒l(fā)動(dòng)機(jī)超溫、超轉(zhuǎn)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 平飛單發(fā)狀態(tài)防冰引氣開(kāi)啟對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的影響

5??試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)中成功完成了HP=1000m、2000m、3000m的空中交叉起動(dòng)試驗(yàn)，圖4為HP=3000m采用交叉氣源空中起動(dòng)曲線。從圖4中可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，各系統(tǒng)工作正常，未出現(xiàn)超溫、超轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，通過(guò)試驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中的各種驗(yàn)證試驗(yàn)，較為充分地化解了交叉起動(dòng)試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 Hp=3000m發(fā)動(dòng)機(jī)空中交叉啟動(dòng)試驗(yàn)曲線

6??結(jié)論

（1）某型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)空中交叉起動(dòng)的難點(diǎn)在于，如果起動(dòng)高度估算不準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致被引氣發(fā)動(dòng)機(jī)超溫、超轉(zhuǎn)等故障，影響起動(dòng)成功率，有可能會(huì)導(dǎo)致雙發(fā)停車。

（2）先進(jìn)行地面起動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證交叉起動(dòng)功能，再在空中進(jìn)行模擬交叉引氣工況下的起動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)雙發(fā)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳細(xì)分析后，最后執(zhí)行空中交叉起動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)證明這種方法能有效化解風(fēng)險(xiǎn)。

（3）試驗(yàn)方案充分考慮到試驗(yàn)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并逐一分析，根據(jù)交叉氣源起動(dòng)的特點(diǎn)，逐步開(kāi)展試驗(yàn)，對(duì)之后的類似引氣起動(dòng)試驗(yàn)提供了參考和試飛方案的借鑒。