某發動機加力特殊狀態剖析

高恩宇 崔峰

(中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司,遼寧沈陽 110043)

某發動機加力特殊狀態剖析

高恩宇 崔峰

(中航工業沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司,遼寧沈陽 110043)

本文在參考某航空發動機的有關資料的基礎上,根據多年從事發動機相關工作經驗,從電氣系統和燃油調節系統和性能試車等幾方面,對某飛機用的發動機“特殊”狀態進行剖析,并將與該狀態有關的各系統工作原理串連起來,得出該型飛機發動機的一些設計思路。

某飛機 發動機“特殊”狀態 工作原理 設計思路

1 發動機概述

某發動機主要由低壓壓氣機高壓壓氣機、中介機匣、主燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、混合器、加力燃燒室、可調噴管和附件傳動機匣等組成。該發動機有兩個工作狀態：戰斗狀態、訓練戰斗狀態。狀態的轉換通過飛機座艙內手操縱開關。當發動機處在訓練戰斗狀態時，發動機綜合調節器使該狀態下的渦輪后燃氣溫度、低壓轉子轉速、高壓轉子轉速比戰斗狀態降低使用標準。對于短距離起飛飛機用的發動機增加了一個“特殊”狀態，以下就該狀態的定義、工作原理、調節計劃、具體實現和設計思想進行剖析。

2 發動機加力“特殊”工作狀態

“特殊”工作狀態是根據發動機綜合調節器的指令，重調發動機主機狀態和加力狀態，以短時間在全加力狀態推力的基礎上增大推力。“特殊”狀態的特點是：發動機總燃油消耗量減少，其主燃燒室燃油消耗量增加，發動機高壓轉速、低壓轉速和渦輪后溫度增大，而加力燃燒室燃油消耗量減少，尾噴口臨界截面積相對于正常全加力狀態稍減小。

3 發動機加力“特殊”工作狀態的使用條件

資料顯示，在“特殊”狀態下連續工作的時間有相應限制。根據“特殊”狀態的使用特點分析認為，發動機“特殊”狀態只在下列情況下使用：(1)當飛機在艦上著陸而出現異常現象時，如減速繩索未鉤上，飛機需要重新復飛，由于航空母艦的滑跑道距離短，則需采用“特殊”狀態來增大推力，以縮短加速時間和起飛距離；(2)當飛機在空中執行任務時，遇到需快速脫離戰場的情況，采用“特殊”狀態來短時間提高推力，盡可能的加大飛行速度，迅速離開戰場，以保存實力；(3)當飛機全載(加滿燃油和裝載全部導彈)起飛時，飛機重量大，正常的發動機全加力狀態提供的推力不足，采用“特殊”狀態來短時間提高推力。

4 發動機“特殊”工作狀態的實現

艦載飛機用發動機的綜合調節器相對于陸機用飛機發動機的綜合調節器作了一些改動，增加了“特殊”狀態下低壓轉速、高壓轉速和渦輪后溫度限制值的設置；而燃油泵——調節器未進行改裝，只是需將其機械液壓的轉速調節器中最大轉速限制值相對戰斗狀態調整值增加。噴口加力調節器也未進行改動。

由于綜合調節器中低壓轉速、高壓轉速、渦輪后溫度通道調整值相對于戰斗狀態的調整值增加。為保證發動機使用的安全，必須檢查綜合調節器的“特殊”狀態低壓轉速、高壓轉速、渦輪后溫度通道調整值，為此需按專用檢查程序進行檢查，檢查時要接通綜合調節器地面檢查臺上設置的專用開關-“特殊”狀態開關。外場使用中，“特殊”狀態的實現是全自動的。普通的全加力狀態的油門桿角度進行限制，為實現發動機“特殊”狀態，必須將發動機油門桿移動到觸發條件。此時，按噴口-加力調節器的液壓延遲器動作，協調尾噴口臨界截面積減小和加力供油量減小的工作。液壓延遲器打開通往“特殊”狀態信號器的壓力油路，“特殊”狀態信號器接通，發出信號至綜合調節器。綜合調節器收到該信號后，使綜合調節器的低壓轉速、高壓轉速和渦輪后溫度通道調整值增加，發動機的低壓轉速、高壓轉速和渦輪后溫度值增高。同時發出接通“特殊”狀態的電信號至噴口-加力調節器上的“特殊”狀態電磁活門。電磁活門通電打開后，通過控制杠桿和凸輪的動作，減小通往控制加力供油量的波紋管中的P2空氣壓力，從而關小了通往第二、第一和第五加力輸油圈的油路，減少了加力供油量。與此同時，尾噴口臨界截面直徑減小，渦輪落壓比也相對減小，使與主機狀態相匹配。接通“特殊”狀態后，發動機按調節規律進行工作，此時，主機轉速比全加力狀態時的轉速高，發動機的推力增大約為全加力狀態推力的2%。切斷“特殊”狀態時，只需要將發動機油門桿置于低于觸發角度。“特殊”狀態信號器中斷信號，綜合調節器中低壓轉速、高壓轉速和渦輪后溫度通道調整值自動恢復到全加力狀態的限制值，“特殊”狀態自動切斷。

5 發動機“特殊”狀態的設計思想分析

我們知道，發動機的機械工作狀態是與其主要機件的強度、壽命相關的，飛行的負荷越大，機件的壽命就越短，因此說，“特殊”狀態對發動機的壽命和可靠性是不利的，而短距離起飛飛機采用“特殊”狀態的原因主要是艦上復飛跑道距離短，需要短時間推力大且增長速度快，另外，起飛仰角大，發動機尾噴口有可能觸地，還需要稍收尾噴口直徑。根據該發動機低壓壓氣機特性線和高壓壓氣機特性線，其低壓壓氣機的最高允許換算轉速、高壓壓氣機的最高允許換算轉速均進行限制，當發動機工作狀態超出允許值時，將無法保證發動機穩定工作，而且發動機各部件的效率也會發生很大的改變。因為正常用飛機的發動機，其戰斗狀態的低壓轉速、高壓轉速和渦輪后溫度有相應限制標準，為保證發動機在允許的最高換算轉速范圍內工作，既保證發動機各部件具有較高的效率，又能保證發動機不超出各部件強度的允許標準，因此，“特殊”狀態的低壓轉速、高壓轉速和渦輪后溫度值相對于戰斗狀態的調整值相應增加。這幾個增加值是根據發動機高、低壓壓氣機特性線給出的，增大后的發動機極限轉速和溫度處于該型發動機設計時的最高允許標準邊界上。

從發動機原理方面分析，在“特殊”狀態下，發動機加力燃燒室的進口溫度升高，總壓增大，要維持發動機非加力狀態和加力狀態的落壓比匹配性，既保持發動機狀態的穩定過渡，保持加力燃燒室總余氣系數不變，如尾噴口臨界截面積不變，則需要增大加力供油量。為避免發動機觸地，需稍收尾噴口直徑，減小尾噴口的臨界截面積。這樣就減小了渦輪落壓比，加力燃燒室的供油量也相應減少，否則容易造成燃氣流堵塞現象。為解決這個問題，發動機的噴口-加力調節器上安裝有“特殊”狀態電磁活門。該活門的作用就是改變向噴口加力調節器的加力調節器中控制加力供油量的供氣針塞的截面積，以達到改變加力供油量的目的。最終結果是尾噴口的臨界截面積減小，而加力供油量也相應的減少。由于綜合調節器的高壓轉速限制值相對于戰斗狀態的調整值增加，造成發動機的實際轉速超過了原來的主泵-調節器內設定的機械液壓限制值，因此，要保證發動機“特殊”狀態正常工作，就必須將主泵調節器內設定的機械液壓限制值提高，這也就是該型發動機設計時的最高轉子最高轉速允許標準。

[1]《某加力渦扇發動機》.空軍工程學院,1998.12.

[2]《飛機推進系統控制》.空軍工程學院,1997.

[3]《航空推進系統控制》.西北工業大學出版社,1995.