航空發動機晶體管式點火系統火花頻率穩定性研究

摘 要： 為了提高航空發動機晶體管式點火系統火花頻率的穩定性，通過電路原理分析，找出影響火花頻率穩定性的因素，進而采取電壓補償和溫度補償，并做了補償前后火花頻率對比測試。在高低溫及電壓波動情況下，補償后的點火系統輸出的火花頻率穩定性提高了50%左右。

關鍵詞： 晶體管式點火系統； 火花頻率； 電壓補償； 溫度補償

中圖分類號： TN710?34； V231.71 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）11?0116?03

0 引 言

航空發動機是飛機的心臟，航空點火系統是航空發動機的重要部件之一；點火系統是指用于主燃燒室和加力燃燒室的點火源系統[1]，它將飛機上的直流電或交流電轉化為高壓電后，通過點火電纜和電嘴放出火花并保證給火花足夠的能量，直接點燃發動機（起動機）燃燒室內空氣和燃油的混合氣體[2]。航空點火系統直接影響飛機安全性、戰備完好性和任務成功性[3]。

航空點火系統主要分為晶體管式點火系統和振子式點火系統兩類，其主要性能參數包括火花頻率、火花能量、火花持續時間。由于飛機上電源電壓的波動及環境溫度的變化，點火系統火花頻率受工作電壓和溫度的影響較大，導致火花頻率穩定性低。本文主要對晶體管式點火系統的火花頻率穩定性進行研究，提出補償措施，提高火花頻率的穩定性，保證航空發動機正常點火、起動。

1 晶體管式點火系統原理

晶體管式點火系統主要由濾波、RCC變換器、高壓整流、充電、放電等組成。原理圖如圖1所示。

1.1 RCC變換器

晶體管式點火系統的變換器采用RCC變換器，由R1，R2，D1，D2，Q1，T1組成，其中，變壓器T1由一個初級繞組W1和兩個次級繞組即次級輸出繞組W2和反饋繞組W3組成[4]。

當RCC電路輸入上電時，輸入電源U1、電阻R1、晶體管Q1基極構成回路，電阻R1上就會有基極驅動電流產生，從而使得晶體管Q1導通成為飽和狀態，由于Q1導通，在變壓器初級繞組W1上就有電流，同時，變壓器反饋繞組W3會有電壓Vb產生，電位方向為上負下正，W3，R2，D1，Q1基極構成回路，使得R2上有電流產生，此外，變壓器次級繞組W2上之電壓使高壓二極體D3反偏，繞組W2上不會有電流流過。此時，晶體管Q1的Ib不變，而Ic隨時間增長而變大，當滿足β·Ib轉化為電場能而貯存在電容器C1中[5]。

由于變壓器會將所儲存的能量全部移至輸出負載，因此，流經二極管D3的電流就會漸漸變成零。當變壓器儲能泄放完后，高壓二極管D3截止狀態，各組繞組上的電壓為零，恢復為初始狀態。因為起動電阻R1作用而重新開始導通，如此循環新的一個開關周期。而晶體管Q1的開通關斷反復動作，將使電路持續振蕩，達到自由振蕩運行狀態[6]。

1.2 充電電路

充電電路由變壓器T1次級繞組W2、高壓二極管D3、儲能電容器C1組成。

當晶體管截止時，次級線圈W2上的感應電壓通過二極管D3向儲能電容器C1充電，使變壓器原有的電磁能WL轉為靜電能WC，貯存于電容器中。充電過程中，反饋線圈W3的感應電壓方向始終使晶體管發射結處于負偏置狀態，確保晶體管截止。充電結束后，充電電流降為零，能量轉換結束，次級線圈W2上的感應電壓隨之消失，晶體管發射結處于負偏置狀態被解除，晶體管又重新導通，重復這一過程，晶體管處于不斷導通和截止的振蕩狀態，向貯能電容器輸出連續的充電脈沖。晶體管每截止一次，變壓器電磁能轉化的靜電能便在電容器內積累一次，結果貯能電容器的電壓愈來愈高。從電容器第一次到第n次充電，直到電容器電壓達到放電管電壓。經計算（略）后，每次充電電壓和充電時間可以用圖2表示。由圖2可以看到充電時間隨充電次數增長而下降的規律。

1.3 火花頻率的計算