涡轮飞机发动机的启动

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一、飞机发动机的启动。 航空燃气涡轮发动机的结构和循环过程，决定了它不能象汽车发动机那样自主的点火起动。因为，在静止的发动机中直接喷油点火，因为压气机没有旋转，前面空气没有压力，就不能使燃气向后流动，也就无法使涡轮转动起来，这样会烧毁燃烧室和涡轮导向叶片。 所以，燃气涡轮发动机的起动特点就是：先要气流流动，再点火燃烧，也即是发动机必须要先旋转，再起动。这就是矛盾，发动机还没起动，还没点火，却要它先转动。      根据这个起动特点，就必须在点火燃烧前先由其他能源来带动发动机旋转。 在以前的小功率发动机上，带动发动机到达一定转速所需的功率小，就采用了起动电机来带动发动机旋转，如用于国产运-7，运-8飞机的涡桨5、涡桨6发动机。 但是随着大推力发动机的出现，用电动机已无法提供如此大的能量来带动发动机，达到点火燃烧时的转速了，因此需要更大的能源来带动发动机，这时，采用APU，产生压缩空气，用气源代替电源来起动发动机成为了现在所有高涵道比发动机的起动方式。  二、压缩空气的来源 毫无疑问，压气机是压缩空气最好的来源。采用涡轮带动压气机就可以连续不断的提供飞机所需要的压缩气源。而由于这个燃气涡轮装置提供的气源只要能满足发动机起动的需要就可以了，所以功率，体积相比发动机要小得多，这就使这套燃气涡轮装置可以采用电动机来起动，然后再由这套燃气涡轮装置产生压缩空气来起动发动机，这样就解决了发动机起动时需要大的能量的问题。 这套燃气涡轮装置被称作APU（Auxiliary Power Unit  辅助动力装置）。  三、起动过程发动机的起动过程是一个能量逐级放大的过程。 先由蓄电池提供电源给APU起动电机，带动APU转子旋转； APU达到起动转速后喷油燃烧，把燃料提供的化学能转变为涡轮的机械能，并通过压气机把机械能转换为空气的压力能。由于燃料的加入，APU产生的压缩空气的能量已远远大于蓄电池的能量了 最后，发动机上的空气涡轮起动机把APU空气的压力转化为带动发动机核心机转子旋转的机械能，在达到发动机起动转速时喷油点火，最终靠燃料的化学能使发动机进入稳定工作状态。 所以，在整个起动过程中，带动发动机核心机旋转的大能量，从很低的蓄电池能量，通过燃料的加入，一步步升了起来，就象三峡大坝的梯级船闸。 这就是APU的好处：飞机本身只需要携带一个能量很低的，充足了电的蓄电池，通过APU，就能够自主的完成发动机的起动，而不再依赖于地面设备来起动发动机。四、APU的特点APU和发动机一样，都是燃气涡轮装置，但它们的目的不同，这是个很大的区别， 发动机用于产生推力，而APU不需要产生推力，它主要用来提供气源，还有电源。气源除用于发动机起动，还为飞机的空调系统供应连续不断的空气。 这个特点使APU不同于发动机。它要求APU在设计时，使涡轮产生的机械能主要通过压气机转换为空气的压力能，还有一部分机械能通过齿轮传递给发电机以产生电能，而不是向后喷出产生推力。 所以，能量分配的不同，是APU和发动机的主要区别  五、APU的工作和发动机不同的是，APU的工作状态很简单，在起动过程完成之后，就进入了稳定工作状态，即转速维持不变。而发动机的却需要依据飞行情况不断的改变转速和推力。 APU的工作状态决定了APU的工作特点：保持转速不变 引气，是APU的目的。就是把APU压气机产生的压缩空气引出去给飞机的空调系统和发动机起动。 由于引气，使APU的功率要受引气的影响，这就和APU的工作状态要求转速保持不变产生了矛盾，下面将讲诉这个问题 六、APU的发展早期的APU，象发动机一样，气流从进气口先通过压气机，再到燃烧室和涡轮，最后从喷口喷出。气流象一条线一样流动，没有岔路，串联起了压气机和涡轮。如波音737的APU。这个设计有个缺点，就是在给发动机引气以起动发动机时，由于负载突然变得很大，会使APU的转速发生大的变化，而自动调节器为维持APU转速的不变，会大幅增加供油量，使温度有大的升高，这对APU不好。 现在的APU，普遍采用进气分流，增加了负载压气机。这个结构的特点是：进气道进来的气流分成两股，一股进入正常的增压压气机和涡轮，主要用来带动APU旋转，然后气流从喷口喷走，它是APU的功率部分；而另一股气流进入负载压气机，这部分气流由负载压气机增压，专门用于产生供飞机使用的压缩空气。在这股气流的进口有流量调节活门（进口导流叶片），它根据飞机对压缩空气的需求，实时的对活门（叶片）开度进行调节，来控制进入负载压气机空气的多少。 这个设计使APU的负载部分和功率部份分开了，因此在大量引气时也不会早成APU功率部分转速和温度大的波动，这有助于增加APU的寿命。 独立的负载部分和功率部分是现在APU的特点。 {注明一点，负载压气机依然由涡轮通过传动轴带动，说它独立是指气流分别进入两个部分，不再相干}