某燃氣渦輪起動機高空起動供油規律試驗研究

劉祥平，袁先圣，羅鐵彬

某燃氣渦輪起動機高空起動供油規律試驗研究

劉祥平，袁先圣，羅鐵彬

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南 株洲 412002）

發動機起動過程十分復雜，發動機進氣溫度和壓力直接影響發動機能否成功起動。通過起動規律試車臺可以研究發動機的起動過程，找出起動過程最佳供油規律。以某燃氣渦輪起動機為對象，研究其起動過程，通過調節燃滑油泵調節器參數，改變起動過程燃油流量，從而得到理想的起動性能。試驗結果表明，通過調節供油規律，起動機在6 km模擬高度低溫環境下能成功起動，且起動時間符合要求。

燃氣渦輪起動機；高空起動；供油規律；起動性能

航空發動機的起動過程是一個復雜的過程。起動過程中的供油規律既要滿足起動時間要求，又要受到燃燒室貧油和富油穩定工作邊界、壓氣機的工作穩定裕度及熱端部件承熱能力的限制。目前還不能完全采用數學模型的方法進行計算，主要依靠試驗與經驗來調節發動機的起動性能。只有經過大量的試驗，才能在試驗數據的基礎上，歸納出實用可靠的經驗公式。

1 試驗設備和方法

起動規律試車臺是用于模擬航空發動機地面或空中起動能力的地面試驗設備，主要由冷、熱氣源供氣系統，混合器，試驗艙，試驗臺架，冷卻器，噴淋塔，連接管路以及管路附件組成。

2 燃油流量調節方法

起動機的工作狀態由機械液壓式燃滑油泵調節器（簡稱燃調）自動控制。在起動過程中，燃滑油泵調節器根據壓氣機后壓力（3）供油，起動成功后便在燃滑油泵調節器的物理轉速限制器和燃油流量限制器的限制下工作。

起動機供油規律調節主要通過調節螺釘改變供油量，燃油流量調節方法如圖1所示。

圖1 燃油流量調節方法

各螺釘調節能力如下。

Ⅰ號螺釘：用于起動和加速供油曲線的平行移動。

Ⅱ號螺釘：用于起動和加速供油曲線斜率的調整。

Ⅲ號螺釘：用于起動機最小燃油流量的調整。

Ⅳ號螺釘：用于起動機最大燃油流量的調整。

3 試驗結果分析

起動機在0～6 km不同高度、進氣溫度下進行起動試驗，隨著高度的增加，起動時間逐漸增大。=6 km/0=﹣24 ℃模擬環境下起動時間超過規定值。=6 km/0=﹣40 ℃模擬環境下，起動失敗，起動過程曲線如圖2所示。從圖2可以看出，燃油流量走勢正常，3壓力波動，導致油氣比偏高，出現失速，進而導致起動失敗。

圖2 H=6 km/T0=﹣40 ℃第一次起動過程曲線

為了減少起動機高空環境下的起動時間，提高起動機的高原起動能力，需要提高高空時的燃油流量，使起動機加速變快。

將Ⅱ號螺釘順時針旋轉4圈，提高起動過程中供油流量。將Ⅳ號螺釘順時針旋轉30°，增加最大供油上限。從圖1可知，燃油流量上限提高，斜線段斜率增大，Ⅲ號螺釘不動的情況下，燃油流量初始供油量會降低。這樣調節將有助于避免起動初始階段出現失速，提高加速階段的加速性能。

第二次進行=6 km/0=﹣40 ℃模擬環境下起動試驗。試驗結果與調節前比較如圖3所示。

圖3 H=6 km/T0=﹣40 ℃第一次、第二次起動過程曲線

由圖3可知，調節燃油供油規律后，起動初始階段因供油量相對第一次的供油量減少了4.7%，起動過程中未出現失速，轉速未出現波動。起動帶轉結束后，由于加速階段供油量相對第一次只增加了1.3%，發動機加速緩慢，直到12 s時，轉速上升，使起動機壓氣機后總壓3變大，進而使發動機燃油流量提高，才出現明顯加速現象。第二次起動時間超出規定值。

繼續將Ⅰ號螺釘順時針旋轉180°，將起動過程中斜線段供油量整體提高，同時將Ⅲ號螺釘逆時針旋轉60°，減少起動初始供油量，以保持最小燃油流量相對第二次基本不變、相對第一次要低進行試驗。第二次、第三次試驗結果如圖4所示。

由圖4可以看出，調節燃油供油規律后，起動初始供油量相比第二次增加了2.5%，相比第一次少了2.3%，起動初始階段未出現失速導致的轉速波動。起動加速階段，第三次因為相比第二次增加了3.2%，相比第一次增加了4.4%燃油流量，起動過程明顯加快，起動時間也符合要求。

圖4 H=6 km/T0=﹣40 ℃第二次、第三次起動過程曲線

4 結論

本文對某起動機進行了起動規律試驗研究，可以得到如下結論。

某起動機使用原有供油規律，在模擬高度6 km低溫環境試驗時出現失速導致起動失敗。通過調節燃滑油泵調節器減少初始供油量、兩次增加起動過程加速階段的供油量后，起動機起動過程未再出現失速、加速特性明顯變好，起動成功且起動時間符合要求。

在本文的高空低溫模擬試驗中，起動初始階段供油量相對原始供油規律減少4.7%（第二次）、2.3%（第三次）后，均未出現失速現象導致的轉速波動。起動加速階段相對原始供油規律增加1.3%（第二次）可以改善起動性能，使發動機起動成功，增加4.4%（第三次）可以使發動機起動成功且起動時間滿足要求，對今后同類型試驗有參考價值。

［1］侯敏杰.高空模擬試驗技術［M］.北京：航空工業出版社，2014.

［2］張寶誠.航空發動機試驗和測試技術［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2005.

V235

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.006

2095－6835（2020）12－0017－02

〔編輯：王霞〕