飛機發(fā)動機EGT影響因素的研究

梁繼義

摘? ?要：發(fā)動機被稱為飛機的“心臟”，發(fā)動機的排氣溫度EGT（Exhaust gas temperature）則是表明這顆“心臟”健康與否的重要指標之一。理想情況是測量渦輪進口溫度，但是由于渦輪進口處溫度較高，溫度場分布不均勻，測量困難。由于渦輪中溫度降是按已知的方式變化的，所以測量并限制渦輪排氣溫度不超限，其目的是保證渦輪前溫度T3*（即渦輪前燃氣總溫，是發(fā)動機設計時與加熱比匹配的重要參數，指燃燒室出口/渦輪進口處的燃氣總溫度）不超出允許值。排氣溫度值與允許極限值之差值稱為EGT 裕度（EGTM），它是代表發(fā)動機性能衰退的參數。本文以CFM56-3發(fā)動機為例，主要闡述兩方面內容：一是對EGT的影響因素的研究;二是提出一些降低EGT和增加EGT裕度的措施。

關鍵詞：CFM56發(fā)動機? EGT? 影響因素

中圖分類號：V241? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（c）-0004-02

1? 影響EGT的因素

影響燃氣渦輪發(fā)動機EGT的因素很多，歸納起來可分為四大因素，簡稱為“機”、“氣”、“人”、“環(huán)境”。

1.1 “機”

“機”的因素即發(fā)動機的核心機部分（高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪）對EGT的影響，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

壓氣機效率下降，會使進入壓氣機的空氣流量減少，導致推力下降。為了保持同等的推力，就需要增大供油量，這樣就直接導致T3*上升，造成了EGT的升高。壓氣機的效率損失主要表現(xiàn)葉型損失和二次流動損失。

燃燒室富油，富油燃燒意味著有更多的燃油參與做功的過程，更多的化學能轉化為了熱能，會直接導致T3*和EGT升高。

渦輪效率降低，即高溫燃氣在流過渦輪時，不可避免地會發(fā)生流動損失，和壓氣機中一樣，也包括葉型損失和二次損失。由于氣流在渦輪中的這些損失，造成渦輪的效率下降，沒有足夠的氣流來將焓轉化為動能，又將動能轉化為功。而這些功除了克服渦輪本身的摩擦外，大部分是直接被壓氣機吸收的，換句話說，渦輪效率的降低導致了壓氣機效率的降低，從而導致了EGT超溫。

1.2 “氣”

“氣”的因素指由于氣流引起的發(fā)動機喘振、為飛機其他系統(tǒng)提供高壓引氣的發(fā)動機引氣系統(tǒng)。

喘振現(xiàn)象主要指的是壓氣機的喘振，是壓氣機進口氣流流量驟減或轉速偏離設計值引起的氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻、高幅振蕩現(xiàn)象，是一種不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。嚴重喘振時會出現(xiàn)發(fā)動機振動加大，轉速不穩(wěn)定、推力突然下降并且有大幅度的波動，發(fā)動機EGT超溫，壓氣機氣流倒流，有低沉噪音或“放炮”等現(xiàn)象。

發(fā)動機除了產生推力外，還要為飛機提供氣源。發(fā)動機引氣后，高壓壓氣機中的一部分氣流被抽走，用于做功的氣流減少，發(fā)動機功率將下降，推力也要減小。此時如果EGT超溫可能源于兩方面：首先進入燃燒室與燃油摻混燃燒的空氣量減少，使燃燒室變得富油，T3*將上升，EGT也上升，易造成超溫。其次，發(fā)動機引氣后，由于推力減小，燃油消耗率上升，為了保持原有推力的連續(xù)，燃油系統(tǒng)將自動增加供油量，同樣會使T3*升高，EGT增加。

1.3 “人”

發(fā)動機EGT超溫大多數是人為原因造成的，尤其是在起動和起飛階段。不恰當操作或維護不當都會影響到EGT。所以，在發(fā)動機起動時，機組需密切注意EGT的變化，一旦發(fā)現(xiàn)EGT和燃油流量（FF）上升過快，有超溫的趨勢時，必須及時中斷起動。

發(fā)動機加速所需時間的長短，代表了發(fā)動機的加速性能。加速時間短，則發(fā)動機具有良好的起飛、爬升、越障、復飛和機動性能。但如果只追求加速性能，加速時猛推油門桿，會使供油量猛增，燃燒室富油嚴重，T3*升高過快，渦輪的功率增加過大，發(fā)動機很容易出現(xiàn)喘振、EGT超溫和富油熄火。所以，加速時對油門桿的控制應適度。

1.4 “環(huán)境”

“環(huán)境”的因素指的是外界環(huán)境因素對EGT的影響。飛機在不同的地域環(huán)境中飛行，所處的大氣環(huán)境也是不盡相同的，如在高原地區(qū)、氣候嚴寒地區(qū)、或者空氣中水分、鹽分及微塵含量過高等條件下飛行。這時要么起動緩慢，渦輪負荷加大，或形成富油燃燒，要么葉片腐蝕和封嚴破壞致核心機效率下降從而導致EGT升高。此外，發(fā)動機遭受不可預料的鳥擊和外來物損傷（FOD）也會使EGT升高。

2? 降低EGT

研究EGT影響因素的目的是為了盡可能降低EGT，提高EGT裕度，延長發(fā)動機的使用壽命，提高其經濟性。可從以下三方面入手。

2.1 在發(fā)動機設計制造方面

可以采用新型材料和改進制造工藝、加強渦輪葉片冷卻、采用HPTACC（高壓渦輪主動間隙控制）系統(tǒng)等措施。

2.2 從實際飛行角方面

大多數的EGT超溫都是飛行中由于人為操作不當引起的。所以在實際飛行過程中，應注意：

減推力起飛：CFM56系列發(fā)動機具有較大的推力富裕，在非高溫、非高原地區(qū)機場，外界大氣條件較好，飛機實際起飛重量小于最大起飛重量，跑道較長無污染，機場凈空較好，在滿足飛機起飛安全性能基礎上可采用減推力起飛。

改進爬升：爬升階段在安全裕度允許的情況下，盡量使用分階段爬升，既可以減輕發(fā)動機負荷也有助于部件冷卻，防止EGT超溫。

引氣量適中：在實際飛行中，合理控制發(fā)動機引氣量，是防止發(fā)動機EGT超溫的一個重要措施。民航客機飛行中大部分的引氣量被用于空調系統(tǒng)中。因此，應注意空調引氣量適中。具體的說就是冬天不要把座艙溫度調得太高，夏天不要太低。另外，在飛行的關鍵階段，主要是起飛、爬升和著陸階段，應盡量避免引氣，防止發(fā)動機EGT超溫。

減少發(fā)動機最大工作狀態(tài)時間：發(fā)動機在最大狀態(tài)下工作時，發(fā)動機轉速和EGT較高，發(fā)動機各部件承受的負荷最大。因此機組在使用最大推力時應嚴格遵守其時間限制，同時加強對發(fā)動機狀態(tài)的監(jiān)控。

加強冷暖機：在發(fā)動機起動和關車時，對發(fā)動機實施冷機、暖機程序，是提高EGT裕度，防止發(fā)動機超溫的一個切實有效的措施。尤其在在高原地區(qū)機場、或夏天氣候炎熱時，為了防止發(fā)動機超溫，建議延長冷暖機時間。

飛行中密切監(jiān)控EGT：在實際飛行中，EGT是影響發(fā)動機安全工作的最主要參數，尤其在發(fā)動機起動、加速過程中或在高原地區(qū)機場工作時應特別注意監(jiān)控EGT溫度，不允許EGT超過各發(fā)動機狀態(tài)下的限制值，對預防EGT超溫、增加EGT裕度有十分重要的意義。

2.3 從發(fā)動機日常維護方面

一個是風扇葉片檢查，加強對風扇葉片及防磨帶檢查，及時發(fā)現(xiàn)損傷并進行修復、更換，可提高風扇效率、降低EGT。另一個是對發(fā)動機進行水洗，是航線上常用的一種增加EGT裕度的方法，尤其對于長時間工作在較臟環(huán)境中、工業(yè)污染較重、空氣中含鹽分較多、受過鳥擊、構型較老的發(fā)動機，水洗效果顯著。

以上即是個人對發(fā)動機EGT的影響因素以及提高EGT的措施做的一點分析，希望能為航空發(fā)動機的使用和維護、各航空公司和飛機維修單位保證航班正點、提高維修效率、降低維修成本、提高經濟效益做出微薄貢獻。

參考文獻

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