飛機輔助動力裝置起動電氣系統技術研究

王敏 中航飛機股份有限公司

一、輔助動力裝置起動原理

航空領域之中，飛機發動機的結構及工作過程決定了其性質不能夠像汽車發動機一樣可以自主點火起動。飛機發動機在靜止的過程中不可直接進行噴油點火，發動機的壓氣機不進行自主旋轉，其前方就不能產生空氣壓力，燃氣不能夠向后方流動，渦輪無法旋轉，點火會導致渦輪葉片或是燃燒室被燒毀。所以飛機發動機的特點是需要先將氣流流動起來再進行點火燃燒，也就是說壓氣機首先需要進行旋轉，之后再起動，這樣就構成了前后矛盾。矛盾就是發動機在未起動之前，還沒有進行點火做功，壓氣機卻需要先轉動起來，這就需要尋找其他能源來帶轉壓氣機葉片進行旋轉，即需要APU 帶轉。

APU 亦是一種小型飛機發動機，由APU 起動電機即可帶轉，機上蓄電池為起動電機供電進行旋轉，而APU 達到了轉速之后就能夠噴油燃燒，此過程是將飛機燃料之中的化學能轉變為了渦輪旋轉過程中的機械能，接下來渦輪帶轉壓氣機將機械能又轉變為了空氣的壓力能，帶轉發電機轉化為電能，APU 進入到了穩定工作的階段后，即可為機上供氣、供電。APU 與飛機發動機的起動工作原理及工作過程是相似的，但二者最終的目的有著極大的區別。首先，發動機是用來產生推力的，APU則是用來為飛機的供電系統提供交直流電源、為起動發動機和環控系統提供氣源，相當于飛機的輔助電源、氣源系統。所以根據不同的需求，APU 需要使渦輪盡可能多地將產生機械轉化為帶動壓氣機產生的空氣壓力能、帶動發電機轉化的電能。

二、輔助動力裝置起動電氣系統構型

以下介紹飛機輔助動力裝置起動電氣系統的兩種典型構型以及在該構型下的輔助動力裝置起動電氣系統原理：

第一種構型是APU 起動機和發電機兩者結合在一起，這種合二為一的設計方式有其合理之處，APU 在起動時作為起動機，采用三相交流起動機的工作原理，當APU 的轉速達到了95%以上時，APU 的起動完成，起動機轉發電機狀態，這時可以進行加載電載荷。第一種構型電氣原理圖見圖1。

第二種構型是APU 起動機采用有刷直流起動機，APU 控制板控制APU 給APUECB 供電，而當磁場相互作用產生了連續的轉矩時，控制電子轉相電路換相，會有專門的APU 交流發電機為飛機系統來提供交流電。第二種構型電氣原理圖見圖2。

圖2 構型二電氣原理圖

三、輔助動力裝置起動電氣系統電機

當前飛機輔助動力裝置起動電氣系統所采用的電機主要有3 種，分別是有刷直流電機、永磁無刷直流電機及無刷交流同步電機，3 種電機都有著不同的特點和優劣勢。

1.有刷直流電機仍然采用著傳統的機械電刷及換向器，這就導致了該類裝置的使用壽命很短，同時維護起來極其不便，這是有刷直流電機的不足之處；但同樣的該種電機也有著其優勢之處，那便是控制的接口比較簡單，操作起來很方便。

2.永磁性無刷直流電機所使用的電器元件很多，會造成很多的故障點，這樣在電路出現了問題時，對于所出現的線路問題進行檢查維修的工作是很難進行的。

3.無刷交流同步電機在使用壽命上有著明顯的優勢之處，同時維護起來也比較方便，所以說無刷交流同步電機是目前3種電機中綜合性能最好的一種電機。

四、輔助動力裝置起動電氣系統發展趨勢

輔助動力裝置對于飛機的重要性不言而喻，未來的發展過程中飛機輔助動力裝置起動系統會向不斷地提高系統本身的可靠性方面發展。可靠性的不斷提高能夠減少飛機維護的頻率，還能夠有效地減少飛機零部件損耗，提高了經濟方面的效益。