空中起動邊界是發動機空中停車使飛機失去或部分失去動力時,發動機停車後可靠地起動的邊界,一般指是指完全冷卻的發動機的起動邊界。包括起動的高度、飛行速度邊界和點火邊界。
在發動機研製過程中,通常應初步給出空中起動邊界。
中文名稱 | 空中起動邊界 |
英文名稱 | airstart boundary |
定 義 | 發動機在空中熄火後,重新點火起動的極限高度和飛行狀態。 |
套用學科 | 航空科技(一級學科),推進技術與航空動力裝置(二級學科) |
基本介紹
- 中文名:空中起動邊界
- 外文名:air start boundary
必要性,分類,高度邊界,速度邊界,點火邊界,
必要性
發動機空中停車使飛機失去或部分失去動力,對飛行安全構成嚴重威脅,所以將空中停車率作為衡量可靠性的重要指標。空中停車率定義為:每飛行1000h,發動機空中停車的次數。這項指標雖然已從最初的每1000飛行小時1次,降低到大約每106 h一次,但航空燃氣渦輪發動機是一個工作條件苛刻、結構複雜的產品,由於設計、工藝,使用維護、工作條件等原因,空中停車仍然難以避免。為了飛行安全,發動機必須有停車後可靠地起動的能力。與地面啟動機帶動的起動相比,空中起動的難點在於發動機在風車狀態下,進入燃燒室的空氣流速高,壓力、溫度低.使燃油點燃和穩定燃燒十分困難。發動機從設計開始,就要對燃燒室的點火可靠性加以考慮,並在後續的部件和整機試驗中加以調整、驗證。一般要求發動機在空中起動時,60 S內應達到慢車轉運。
分類
燃燒室熄火後,發動機進入風車工作狀態。在風車狀態下起動發動機不是在任何飛行條件下都可以成功的。右圖所示為發動機完全冷卻後空中可以起動的高度和飛行速度邊界(起動包線)。從圖上看出,啟動可分成兩種情況:①風車狀態下起動和②起動機輔助起動。
高度邊界
高度越高,燃燒室進口空氣的壓力和溫度越低.燃燒室難以點燃,在右圖上示出發動機可以起動的高度邊界。這個高度一般為8000~9000m。
速度邊界
圖上右邊界是發動機風車狀態起動的最大速度邊界。飛行速度過高,燃燒室進口氣流速度過大,燃油與空氣的混合氣體難以點燃,即或點燃,火焰也難以穩定,發動機無法起動。與此情況相反,飛行速度過低,風車轉速太低,如供油量低則有可能出現渦輪輸出功不足,致使起動過程中出現轉速懸掛,起動失敗。如加大供油量又可能出現渦輪前溫度太高或高壓壓氣機失速。所以飛行速度過低時,發動機無法在風車狀態下起動。這就是風車狀態下起動的最小速度邊界。在飛行速度低於此邊界後,發動機起動需要起動機輔助用以提高發動機的起動轉速,和起動加速能力。靠起動機輔助能以可靠起動的飛行速度也有下限。飛行速度低於下限則發動機轉速過低,或則燃油泵壓出的燃油壓力過低,燃油無法霧化,難以被點燃,或則和風車狀態在低飛行速度邊界起動一樣,發動機起動過程中出現轉速懸掛,渦輪前溫度過高以及高壓壓氣機失速等問題。
點火邊界
由於起動成功的必要條件是燃燒室能可靠點火,因而一般是在燃燒室空中再點火試驗器上通過點火實驗確定空中起動點火邊界。但因此時無法準確地給出發動機的風車特性,因而得到的結果僅是個近似值,最終還需通過高空台試驗和試飛來確定。
發動機空中起動是個複雜的過程,需要作專門的部件和整機的模擬試驗和飛行試驗加以檢驗驗證。經驗證後的空中起動邊界將不會像右那樣簡單。圖中所示的空中起動邊界是指完全冷卻的發動機的起動邊界。剛剛停車還沒有完全冷卻的熱發動機比較容易起動。為了飛行安全,在飛行中,一旦出現發動機熄火停車,如不是發動機本身故障原因造成的,可以將油門放到慢車位置立即啟動。這種起動是由燃油控制系統自動完成的,稱之為自動啟動。發動機熄火,燃油控制系統感受到高壓轉子轉速已降至慢車轉速以下或轉速與排氣溫度在非控制狀態下迅速下降時,自動接通點火系統,進入起動狀態。這種起動,由於發動機仍處於熱狀態,成功率非常高。