環(huán)境對發(fā)動機工作的影響分析

桑會文

摘要:外界飛行環(huán)境復雜多變,它不僅會影響到發(fā)動機的推力經(jīng)濟性,還可能影響到發(fā)動機的工作安全。本文全面分析了外界環(huán)境對發(fā)動機工作的影響,其中既包括大氣溫度,壓力,濕度,高度對發(fā)動機的推力和經(jīng)濟性的影響。同時還有其他特殊的外界條件如發(fā)動機吸入水,發(fā)動機積冰,鳥擊和風沙天氣飛行等條件對發(fā)動機安全性、經(jīng)濟性、推力大小的影響,并總結(jié)了這些情況在實際飛行中采用的一些防護措施和注意事項。

關(guān)鍵詞:航空發(fā)動機工作環(huán)境性能分析

中圖分類號:V22 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0062-01

由于外界環(huán)境對發(fā)動機的工作狀態(tài)影響非常明顯,尤其是在特殊天氣環(huán)境條件下,對發(fā)動機的影響就不僅僅只是體現(xiàn)在對推力和油耗等性能方面了,甚至是嚴重危脅飛行安全的。同時對于這點的關(guān)注不但有民航從業(yè)人員,而且也吸引了廣大人民群眾的注意力。因為這一點關(guān)系到民航事業(yè)的發(fā)展也關(guān)系到人民群眾的安危。所以對于環(huán)境的影響是應該提起足夠重視的。這樣不僅可以降低生產(chǎn)成本,還可以保障安全營運。本文分析了一些外界環(huán)境因素對發(fā)動機工作的影響。

1 外界環(huán)境因素對發(fā)動機工作的影響

實際飛行中常見影響發(fā)動機工作狀況的飛行條件主要有:大氣溫度、大氣壓力、大氣濕度等。

1.1 大氣溫度

大氣溫度降低時,一方面空氣密度增加,空氣流量增加。同時,空氣易于壓縮,發(fā)動機增壓比增加,空氣流量進一步增加;另一方面當渦輪前溫度一定時,發(fā)動機加熱量,有更多的熱能轉(zhuǎn)換成氣體動能,氣體速度增量增加。所以大氣溫度降低時,發(fā)動機推力增加。

大氣溫度降低,由于發(fā)動機增壓比增加,總效率增加,燃油消耗率降低。

現(xiàn)代燃氣渦輪發(fā)動機由于渦輪材料和制造工藝水平的不斷提高,通過提高渦輪前溫度來提高發(fā)動機推力,發(fā)動機的推力儲備大大增加,從而滿足飛行性能需要。如圖1所示為現(xiàn)代民用渦扇發(fā)動機的溫度曲線圖,圖中FTR為平臺溫度,即在這個溫度以下,發(fā)動機的推力隨溫度升高變化不大,當過了此溫度之后發(fā)動機的推力就隨溫度升高而降低,發(fā)所以在炎熱的夏季(尤其是高原機場),應注意發(fā)動機的推力性能變差,進而會影響飛機的飛行性能如起飛滑跑距離,復飛性能等。所以機組應嚴格遵守發(fā)動機限制。

1.2 壓力

大氣壓力增加時,空氣密度增加,空氣流量增加;同時,由于大氣壓力增加時,發(fā)動機各截面氣體壓力成比例增加,噴管中氣體的膨脹能力(膨脹比)不變。所以,發(fā)動機推力隨著大氣壓力的增加成正比增加。

1.3 大氣濕度

大氣濕度對發(fā)動機推力也有影響,當氣體濕度較大時,氣體中水的成分增加,氣體密度減小,進入發(fā)動機的空氣流量減小;同時大氣濕度增加,燃燒速度減慢,渦輪前濕度降低,燃氣膨脹能力降低,排氣速度減小。最終,發(fā)動機推力減小。

大氣濕度除對發(fā)動機推力有影響外,更主要的是對飛機及發(fā)動機部件的腐蝕作用,尤其在沿海地區(qū),高濕度大氣中含鹵族成份的物質(zhì)將嚴重影響飛機及發(fā)動機部件的使用壽命。所以長期在這些地區(qū)飛行的飛機,需要對飛機及發(fā)動機進行特別的維護。

2 水吸入發(fā)動機對發(fā)動機工作的影響

水的吸入對渦輪發(fā)動機運轉(zhuǎn)是有很大影響的,而且是多方面的,不僅可能影響發(fā)動機轉(zhuǎn)速(影響大小取決于發(fā)動機控制組件和吸入水的多少),而且可能導致排氣濕度(EGT)下降,燃油流量(F/F)增加,喘振機會增加,熄火機會增加。

在降水區(qū)飛行時,為了保障發(fā)動機工作的安全穩(wěn)定,應減少發(fā)動機吸入水量的大小,或是利用進氣量增加來減小進入發(fā)動機的水與空氣的比值。如果在降水區(qū)低轉(zhuǎn)速下大速度飛行時(如下降過程中),進入發(fā)動機的空氣遠遠大于發(fā)動機本身所需要的空氣量,因此部分空氣被甩出發(fā)動機進氣口,有效的減小了流過發(fā)動機的空氣量。但水比較重,不能像空氣一樣被甩出發(fā)動機的進氣口,從而導致水與空氣比例的增加,發(fā)動機工作不穩(wěn)定。所以應依靠增加發(fā)動機轉(zhuǎn)速(RPM)增加所需空氣流量,同時減小飛行速度也將使發(fā)動機進氣口周圍被甩出的空氣量減小,來減小進入發(fā)動機水與空氣的比值。所以,當穿越濃降水區(qū)時,應力圖減速并增加發(fā)動機轉(zhuǎn)速飛行。

發(fā)動機對油門活動的反映取決于油門活動方向(指在降水區(qū)飛行的情況下)。當加油門時由于吸水,空氣量減小,這就是“富油”現(xiàn)象。因此發(fā)動機對加油門的反映較為遲緩;而收油門時,則相反,發(fā)動機比正常的反映要靈敏,將會導致快速降低功率。

總之,渦輪發(fā)動機吸入水后將導致:

(1)減小了喘振的裕度。(2)發(fā)動機可能降低功率乃至功率喪失。(3)發(fā)動機可能熄火。(4)發(fā)動機對油門的反映是:加油門,反映遲緩;收油門,反映靈敏。

3 積冰對發(fā)動機工作的影響

發(fā)動機的積冰部分包括進氣道前緣,進氣整流錐等部位.發(fā)動機積冰后,一方面使空氣流量減小,發(fā)動機推力降低;另一方面引起進氣道氣流分離加劇,進而影響壓氣機工作的穩(wěn)定性,發(fā)動機嚴重積冰時,發(fā)動機振動將加劇,壓氣機容易喘振。此外,當冰層脫落時,將直接被發(fā)動機吸入,損壞風扇葉片和壓氣機葉片,發(fā)動機也容易熄火。所以燃氣渦輪動力裝置對發(fā)動機容易積冰的部位應有相應的防止裝置防止發(fā)動機積冰,確保發(fā)動機的性能及安全工作。

常見的防冰方式有:熱空氣防冰,電加溫防冰和慣性防冰。熱空氣防冰是通過從壓氣機引來的熱空氣送到相應發(fā)動機防冰部位進行加溫,廣泛應用在渦

輪風扇發(fā)動機上。電加溫防冰是利用飛機電源對安裝在發(fā)動機防冰部位的電加熱元件通電加溫,常用在渦槳和渦軸發(fā)動機上。慣性防冰是通過改變氣流方向,利用離心力將氣流中的冰塊、水分、外來特等分離出,防止進入發(fā)動機,達到防冰的目的。這種防冰方式無需消耗能量,但氣流損失較大,常用在中、小功率的渦軸發(fā)動機上。有的渦扇發(fā)動機進氣整流錐頭部安裝一特別橡皮頭,當發(fā)動機工作時,因橡皮頭自身不斷微振,空氣中的過冷水滴不易在橡皮頭上凝結(jié)成冰;同時由于橡皮頭位于發(fā)動機整流錐最容易積冰處,因而達到防止整流積冰的目地。

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