輔助動力系統

輔助動力系統（APU, Auxiliary power unit）主要用途是讓主發動機在停止狀態下，不依靠地面器材供應電力。不同形態的輔助動力系統可在不同的飛機和一些大型的地面交通工具上找到。

APU是動力裝置中一個完整的獨立系統，但是在控制上它和整架飛機是一體的。現代化的大、中型客機上，APU是保證發動機空中停車後再啟動的主要裝備，它直接影響飛行安全。

基本介紹

• 中文名：輔助動力系統
• 外文名：Auxiliary power system
• 作用：發動機停止狀態不依靠地面供電力
• 套用：飛機

系統介紹

通常在飛機爬升到一定高度（5000米以下）輔助動力裝置關閉。但在飛行中當主發動機空中停車時， APU可在一定高度（一般為10000米）以下的高空中及時啟動，為發動機重新啟動提供動力。

輔助動力裝置的核心部分是一個小型的渦輪發動機，大部分是專門設計的，也有一部分由渦槳發動機改裝而成，一般裝在機身最後段的尾錐之內，在機身上方垂尾附近開有進氣口，排氣直接由尾錐後端的排氣口排出。發動機前端除正常壓氣級外裝有一個工作壓氣級，它向機身前部的空調組件輸送高溫的壓縮空氣，以保證機艙的空調系統工根同時還帶動一個發電機，可以向飛機電網送出115V的三相電流。APU有自己單獨啟動電動機，由單獨的電池供電，有獨立的附加齒輪箱、潤滑系統、冷卻系統和防火裝置。它的燃油來自飛機上總的燃油系統。

APU是動力裝置中一個完整的獨立系統，但是在控制上它和整架飛機是一體的。它的控制板裝在駕駛員上方儀錶板上，它的啟動程式、操縱、監控及空氣輸出都由電子控制組件協調，並顯示到駕駛艙相關位置，如EICAS的螢幕上。

現代化的大、中型客機上，APU是保證發動機空中停車後再啟動的主要裝備，它直接影響飛行安全。APU又是保證飛機停在地面時，客艙舒適的必要條件，這會影響旅客對乘機機型的選擇。因此APU成為飛機上一個重要的不可或缺的系統。

作用

APU的作用是 向飛機獨立地提供電力和壓縮空氣 ，也有少量的APU可以向飛機提供附加推力。飛機在地面上起飛前，由APU供電來啟動主發動機，從而不需依靠地面電、氣源車來發動飛機。在地面時APU提供電力和壓縮空氣，保證客艙和駕駛艙內的照明和空調，在飛機起飛時使發動機功率全部用於地面加速和爬升，改善了起飛性能。降落後，仍由APU供應電力照明和空調，使主發動機提早關閉，從而節省了燃油，降低機場噪聲。

裝置啟動原理

啟動

航空燃氣渦輪發動機的結構和循環過程，決定了它不能象汽車發動機那樣自主的點火起動。因為，在靜止的發動機中直接噴油點火，因為壓氣機沒有旋轉，前面空氣沒有壓力，就不能使燃氣向後流動，也就無法使渦輪轉動起來，這樣會燒毀燃燒室和渦輪導向葉片。

所以，燃氣渦輪發動機的起動特點就是：先要氣流流動，再點火燃燒，也即是發動機必須要先旋轉，再起動。這就是矛盾，發動機還沒起動，還沒點火，卻要它先轉動。

根據這個起動特點，就必須在點火燃燒前先由其他能源來帶動發動機旋轉。

在以前的小功率發動機上，帶動發動機到達一定轉速所需的功率小，就採用了起動電機來帶動發動機旋轉，如用於國產運-7，運-8飛機的渦槳5、渦槳6發動機。

但是隨著大推力發動機的出現，用電動機已無法提供如此大的能量來帶動發動機，達到點火燃燒時的轉速了，因此需要更大的能源來帶動發動機，這時，採用APU產生壓縮空氣，用氣源代替電源來起動發動機成為了現在所有高涵道比發動機的起動方式。

壓縮空氣來源

毫無疑問，壓氣機是壓縮空氣最好的來源。採用渦輪帶動壓氣機就可以連續不斷的提供飛機所需要的壓縮氣源。而由於這個燃氣渦輪裝置提供的氣源只要能滿足發動機起動的需要就可以了，所以功率，體積相比發動機要小得多，這就使這套燃氣渦輪裝置可以採用電動機來起動，然後再由這套燃氣渦輪裝置產生壓縮空氣來起動發動機，這樣就解決了發動機起動時需要大的能量的問題。

起動過程

發動機的起動過程是一個能量逐級放大的過程。

先由蓄電池提供電源給APU起動電機，帶動APU轉子旋轉；

APU達到起動轉速後噴油燃燒，把燃料提供的化學能轉變為渦輪的機械能，並通過壓氣機把機械能轉換為空氣的壓力能。由於燃料的加入，APU產生的壓縮空氣的能量已遠遠大於蓄電池的能量了

最後，發動機上的空氣渦輪起動機把APU空氣的壓力轉化為帶動發動機核心機轉子旋轉的機械能，在達到發動機起動轉速時噴油點火，最終靠燃料的化學能使發動機進入穩定工作狀態。

所以，在整個起動過程中，帶動發動機核心機旋轉的大能量，從很低的蓄電池能量，通過燃料的加入，一步步升了起來，就象三峽大壩的梯級船閘。

這就是APU的好處：飛機本身只需要攜帶一個能量很低的，充足了電的蓄電池，通過APU就能夠自主的完成發動機的起動，而不再依賴於地面設備來起動發動機。

APU特點

APU和發動機一樣，都是燃氣渦輪裝置，但它們的目的不同，這是個很大的區別，發動機用於產生推力，而APU不需要產生推力，它主要用來提供氣源，還有電源。氣源除用於發動機起動，還為飛機的空調系統供應連續不斷的空氣。

這個特點使APU不同於發動機。它要求APU在設計時，使渦輪產生的機械能主要通過壓氣機轉換為空氣的壓力能，還有一部分機械能通過齒輪傳遞給發電機以產生電能，而不是向後噴出產生推力。

所以，能量分配的不同，是APU和發動機的主要區別。

套用情況

飛機

飛機上的輔助動力系統可用來啟動噴射發動機。通常用來當飛機在地面時製造電力來供給液壓系統和冷氣。輔助動力系統也可在空中提供電力。第一架使用活塞引擎輔助動力系統的飛機是英國超級馬林（Supermarine Nighthawk），而第一架使用燃氣渦輪引擎輔助動力系統的飛機是波音727，可讓它在較小的機場起降。
通常輔助動力系統被安裝在機尾的部份，輔助動力系統的排氣管可在大多數的機尾上看到。

太空船

輔助動力系統對太空船更重要。不像飛機的輔助動力系統，它只提供液壓，並無提供電力。太空船還有另外三個以肼來當燃料的輔助動力系統，只有在返回大氣層和降落時使用。返回大氣層時，輔助動力系統提供液壓和飛行操縱裝置。降落時，輔助動力系統提供煞車。太空船也可以只使用一個輔助動力系統來降落。哥倫比亞號太空梭STS-9下降前，兩個輔助動力系統著火了，但太空船還是成功降落。

陸軍

有些坦克車裡也有輔助動力系統，當坦克車不移動的時候提供電力。輔助動力系統可以免除坦克車引擎在運轉時的高油耗和紅外線。