某型輔助動力裝置高原環境下喘振調整及驗證

摘要：本文對某型輔助動力裝置高原環境下起動時喘振問題進行研究，分析了高原環境下造成輔助動力裝置起動時喘振的原因，通過分析某型APU放氣和引氣調節過程，明確了APU外場調整部位及方法。針對高原環境下APU起動時出現喘振問題，通過先后兩次調整起動供油量和集氣室放氣量，最終確保某型輔助動力裝置在高原環境可靠起動。

關鍵詞：輔助動力裝置，高原環境，喘振，調整。

1概述

輔助動力裝置（Auxiliary Power Unit，以下簡稱 APU）是大型飛機上安裝的獨立小型燃氣渦輪動力裝置，具有結構簡單、重量輕、功重比大等特點。在地面時，APU 向飛機提供電力和壓縮空氣;主發動機起動時，APU向空氣渦輪起動機提供壓縮空氣，驅動起動機旋轉從而起動主發動機。當APU在高原環境下工作時，由于大氣環境的變化，APU工作狀態的變化和APU引氣負載的變化，都可能引起負載壓氣機進入不穩定工作區發生喘振，進而引發壓氣機葉片斷裂等危害。喘振可能導致APU機件強烈振動乃至嚴重損壞、APU熱端超溫、性能急劇惡化、熄火停車等故障。

2某型輔助動力裝置結構簡介

某型APU由附件傳動裝置、壓氣機、燃燒室、渦輪、排氣段、空氣系統、滑油系統、燃油系統、起動系統及發動機參數檢測系統組成。壓氣機是單轉子四級軸流式跨音速壓氣機，由轉子和靜子兩部分組成。壓氣機的氣流通道呈環形收斂。通道外壁為等直徑;通道的內壁直徑從第Ⅰ級至第Ⅳ級逐漸增大。在壓氣機的進口處設有安裝進氣導流器;為了增加壓氣機在起動和空載狀態下的穩定工作范圍，在1級轉子葉輪葉尖的上方，采用了處理機匣，在壓氣機匣的外壁第2級靜子環位置處還裝有3個放氣活門，以確保起動順利。

3某型輔助動力裝置放氣和引氣調節系統

3.1組成

放氣和引氣調節系統向飛機提供壓縮空氣，限制空氣消耗量，保證APU在所有工作狀態上不發生喘振故障。放氣和引氣調節系統由帶電動機構的引氣節氣門、流量管、三個壓氣機Ⅱ級放氣活門、集氣室放氣活門、帶熱敏元件的可控分流活門、帶空氣濾的電磁活門及連接導管組成。

3.2工作過程

起動時，壓氣機Ⅱ級放氣活門和集氣室放氣活門由電磁活門和可控分流活門進行控制。在地面起動時，電磁活門是斷電的。從發動機起動瞬間起，從壓氣機引出的空氣，通過空氣濾和電磁活門沿導管送到可控分流活門。從起動瞬間直到發動機轉子轉速達到60%～70%，可控分流活門通過導管向集氣室放氣活門的氣動活塞組傳遞操縱壓力，改變集氣室放氣活門的活門開度，并使壓氣機級放氣活門的進氣導管與大氣連通。當發動機轉子轉速增大時，由可控分流活門送到集氣室放氣活門的操縱壓力也不斷增大。當轉速上升到30%～40%時，集氣室放氣活門的活門開度由原來的全開逐漸變小，從而減小從集氣室來的放氣量。當轉速上升到60%～70%時，導管的壓力使可控分流活門轉換并使導管與大氣連通，停止向集氣室放氣活門傳遞操縱壓力，致使集氣室放氣活門的活門開度又恢復到全開，從集氣室完全放氣。

4某型輔助動力裝置喘振調整

某APU在高原機場地面起動時，出現“放炮聲”，并伴隨排氣溫度快速升高。為確保APU可靠起動，需對APU供油和引氣進行調整。

4.1高原環境輔助動力裝置喘振原因分析

在高原機場，由于空氣稀薄，APU起動過程存在一定富油情況，當出氣流量和負載壓氣機進氣量不能達到平衡狀態時，負載壓氣機的穩定工作點發生波動，從而導致APU負載壓氣機發生喘振。

4.2高原環境輔助動力裝置喘振調整過程

APU起動時發生喘振，可調過減小供油量或者增大燃燒室供氣量（或同時調整）解決。根據APU高原使用經驗，起動失敗一般為富油導致點火失敗，可減少起動過程中的供油量。因該型APU缺少在高原環境下維護經驗、調整方法，在對其高原工作特性不明確情況下，采取逐步摸排方法。

APU外場可調整釘包括：燃油泵III號調整釘、IV號調整釘、V號調整釘、溫度傳感器調整釘（以上調整釘可調整起動供油量）、集氣室放氣活門上、下調整釘（調整壓氣機放氣量）。以上調整部位可單獨調整一個螺釘，也可同步調整多個螺釘，調節量由APU起動情況現場確定。

4.2.1首次調整措施及起動情況

APU首次在地面起動時，在30%～40%轉速時喘振（放炮），隨后停車。先對集氣室放氣活門上調整釘進行調整，分兩次（第一次順時針調整1圈，第二次再順時針調整0.5圈），起動APU，轉速70%時，排氣溫度630℃，再次出現喘振，APU停車;后對APU燃油泵V號調整釘順時針調整1圈，起動APU，轉速66%時，排氣溫度620℃，再次出現喘振，APU停車。

4.2.2第二次調整措施及起動情況

根據首次起動試驗結果，對APU再次調整如下：

a） 恢復集氣室放氣活門調整，將上調整釘逆時針調整1.5圈;

b） 調整起動燃油壓力（APU燃油泵IV號調整釘逆時針調整0.5圈）;

注：完成以上兩項調整措施后，起動APU，起動過程最高排氣溫度為625℃，出現放炮聲兩聲，終止起動。

c） 調整集氣室放氣活門上調整釘，逆時針調整0.5圈，調整完成后起動APU，出現一聲放炮聲，最高排氣溫度667℃，APU起動成功，起動用時38s;

d） 調整集氣室放氣活門上調整釘，逆時針調整0.5圈，起動APU，最高排氣溫度680℃，停車終止起動，轉速大約64%;

e） 調整APU燃油泵IV號調整釘，逆時針調整0.5圈，APU起動成功，無喘振等異常現象，最高排氣溫度650℃，起動時間42s。

5結論

通過對APU在高原環境下喘振原因進行分析，調整了APU起動供油量和集氣室放氣量，優化APU在高原環境下起動時的油氣比，最終實現某型輔助動力裝置在高原環境下可靠起動，為后續APU使用及排除類似故障提供了經驗數據。

作者簡介：闞玉平、1987.6、男、籍貫（寧夏海原）、回族、高級工程師、本科、研究方向：飛機動力裝置系統、