發動機加力接通過程的實現

程石 宋占豐

(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)

發動機加力接通過程的實現

程石 宋占豐

(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)

本文主要介紹發動機從非加力狀態接通加力狀態的動態過程。主要闡述發動機加力接通過程中參數的變化,及發動機如何通過對噴口臨界面積的調節,燃油流量的調節和電氣系統的加力點火過程,從而保障發動機的穩定欲度及推力。

加力接通 渦輪總膨脹比лT 油門桿

1 引言

航空燃氣渦輪發動機在渦輪出口的燃氣中含有相當量的氧氣,在渦輪出口進一步向燃氣流中噴油燃燒,可進一步提高發動機的推力,而在加力燃燒室中對渦輪后的燃氣進行復燃的過程,就是渦輪發動機的加力狀態。

在加力式航空燃氣渦輪發動機中,通常是在發動機等于或者接近最大轉速的工作條件下才能接通加力。加力接通過程是發動機從非加力狀態到加力狀態的一個過渡態工作過程。在這個過程中,發動機的加力燃燒室要進行噴油點火,發動機的燃油消耗量與推力會產生急劇的變化,燃燒室之前的壓氣機部分的工作狀態同時會產生變化,加力燃燒室中燃氣溫度的提高與尾噴管臨界面積的增大相協調。本文主要介紹了發動機的加力接通實現過程,介紹了發動機接通加力過程中電氣系統,燃油控制系統和噴口調節系統的控制過程和變化。

2 發動機加力接通過程實現概述

發動機加力接通過程實現在于根據油門桿指令和發動機進口溫度以及發動機的自動調節器的離散指令,來實現加力接通過程。

3 發動機加力燃油系統的組成

加力燃油系統用于在加力狀態過程中,保證可靠接通加力、供給和調節加力燃燒室的供油量。加力燃油系統主要包括：加力燃油泵、噴口加力調節器、加力燃油分配器、空氣過濾減壓器、加力燃油總管、主燃油泵調節器和噴口加力調節器的油門桿操縱組件。

其中加力燃油泵的作用是供給加力燃燒室燃油和從飛機燃油系統中應急放出燃油;噴口加力調節器的作用是以改變加力燃燒室的供油量和控制噴口臨界截面面積來調節加力狀態;加力燃油分布器的作用是向加力燃燒室燃油總管分配燃油,并對總管預先填充燃油,保證其最小燃油流量;空氣過濾減壓器的作用是過濾從高壓壓氣機后進入的空氣,供往主燃油泵調節器,經減壓后進入噴口加力調節器,調整πT值及加力燃油消耗量。加力燃油總管的作用是總管通過球面襯套從擴壓器殼體中引出,總管連接加力燃油分布器導管;發動機油門桿操縱組件通過油門桿操縱組件和應急關斷加力的電氣元件操縱燃油系統。

4 加力接通過程實現的必要條件和動態過程

加力接通過程實現的必要條件為：接通加力過程中油門桿角度,接通加力過程中加力供油量,接通加力過程中尾噴口臨界截面面積的確定和加力點火,下面進行具體說明。

(1)接通加力過程中油門桿角度。只有在發動機的油門桿角度進入加力區域后,發動機才能保證加力可以可靠接通。當發動機油門桿從非加力區域推到加力區域后,發動機的燃油供油量會相應增加。為了保證發動機能可靠接通加力,發動機的控制機構控制發動機從最小加力狀態進入加力,然后才恢復到油門桿對應的加力狀態位置。因此在加力接通瞬間,必須有一個給定的油門桿角度。

(2)接通加力過程中加力供油量。根據加力燃燒室所設置的加力燃油總管總數、各燃油總管的供油量的分配及供油的時間來確定加力燃燒室瞬時的供油油量。接通加力時,首先起動燃油總管充油,加力燃油起動總管充油完成后,其向加力燃燒室的供油量為預先規定的值。起動總管充油完成并開始向加力燃燒室供油后,其它燃油總管依次充油。

(3)接通加力過程中尾噴口臨界截面面積的確定。加力過程的尾噴口的瞬時臨界面積根據其調節規律確定,一般有保持渦輪總膨脹比不變的調節或者保證足夠的風扇、壓氣機穩定裕度的調節等。加力過程中的接通過程非常迅速,尾噴口臨界面積的變換很難與供油量變化嚴格協調,所以加力接通過程中πT不可避免的存在波動,但是在接通加力后,加力燃燒室穩定工作后,渦輪膨脹比將恢復到接通加力前的狀態。

(4)加力點火。在加力接通過程中,對于將混合器后內外涵的混合燃氣進行點火的過程稱為加力點火,其作用是將加力燃燒室內的混合油氣點燃并形成穩定燃燒的火焰。

接通加力的動態過程為：從非加力狀態推油門桿到加力區域位置,油門桿的移動帶動噴調內液壓延遲器工作,液壓延遲器的作用是將發動機油門桿的移動轉化成噴口調節器及加力調節器的操作指令,以保證發動機加力狀態的正常轉換,與油門桿的移動速率無關。液壓延遲器信號傳至噴口調節系統以調節發動機的噴口臨界截面面積,使之與發動機工作狀態的位置相對應。

加力接通過程中渦輪總膨脹比лT存在波動,而在加力接通后、加力穩定工作狀態下,лT將恢復到加力接通前的狀態值(進入閉環調節后的лT值),此過程由лT調節器進行調節。лT調節器通過對噴口臨界截面積的控制,并在進口溫度不變的條件下保持渦輪給定的總膨脹比。

當高壓轉速達到一定時,綜合調節器中的加力控制模塊開始解除連鎖,發動機加力控制模塊投入工作,發動機可以進入加力狀態。當綜合調節器收到燃油壓力信號,加力控制模塊投入工作。首先,綜合調節器發出指令給噴口加力調節器上的最小加力電磁活門,通過噴口力調節器的液壓延遲器使噴口截面積和燃油流量保持在最小加力狀態,保證油門桿在加力狀態的任何位置,向加力燃燒室供入最小加力狀態所需的油量,直到加力燃燒室點燃,以此保證加力的順利接通;經過延時以后,加力控制模塊發出指令給加力點火控制盒,加力點火控制盒在接到加力控制模塊的信號和燃油壓力信號器的信號后,將指令加到加力點火裝置上,加力點火裝置經點火電嘴放電形成電火花點燃加力燃燒室中的油氣混合氣,至此,發動機的加力實現接通。

5 結語

本文介紹了發動機的加力接通過程的實現的工作原理進行了分析和闡述,并以非加力狀態推加力狀態為例進行了實際的描述,論述發動機加力接通過程中電氣點火系統、發動機燃油調節和控制過程和噴口調節系統的ЛТ調節器的調節過程。對廠內試車工程技術人員有重要的指導意義,也可以應用于外場排故。由于知識水平有限,難免有疏漏,還請批評指正。

[1]《航空發動機原理》.西北工業大學,2006.

[2]《航空發動機結構分析》.西北工業大學,2006.

[3]《某型發動機培訓教材》.空軍工程學院,1998.