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航空發(fā)動機的“套娃”啟動

2021-07-22 18:41 作者:非我莫笑 0人讀過 | 我要投稿

汽車發(fā)動機

早期的汽車通過手搖也可以啟動點火，由于逐漸偏向自動化，啟動發(fā)動機的過程交給一臺叫起動機的機器完成。起動機的本質(zhì)也是一臺發(fā)動機，其本身也需要有一臺起動機啟動。出于功率不大，可以簡單利用電動機 /電瓶啟動起動機，然后起動機輪軸轉動發(fā)動機啟動，隨后點火器介入工作，啟動后起動機斷開關閉。這個過程即平時啟動汽車時擰轉車鑰匙的過程。

大型動力裝置啟動是一個復雜的過程，空氣渦輪起動機以壓縮空氣為能源，其產(chǎn)生的軸功率傳給主發(fā)動機，完成對主發(fā)的起動?？諝鉁u輪起動機起動功率大，結構簡單、功重比大、經(jīng)濟性好，一般用于起動大功率的軍民用渦扇發(fā)動機等，目前大型民用飛機基本上都運用空氣渦輪起動機。由于渦扇、渦噴、渦漿、槳扇發(fā)動機都不會自啟，因此大型發(fā)動機啟動需要借助外界供求。

啟動過程

一、通過apu，外界，或已啟動好的一發(fā)提供引氣啟動引擎內(nèi)的小渦噴——起動機，也就是小發(fā)。（小發(fā)也是渦噴，所以不能自啟）

二、小發(fā)帶動高壓轉子N2，帶動核心機加速，再由N2帶動低壓轉子N1轉動（N1轉速近似于風扇，即我們常?？吹降淖钔饷娴摹帮L扇”），提升到30%左右的轉速時燃燒室點火，N1轉速到50%即慢車（idle）的時候，小發(fā)與N2轉速斷開，發(fā)動機轉速保持穩(wěn)定，大發(fā)啟動完畢。

備注：如果平時坐飛機比較仔細，你常常會聽到發(fā)動機啟動時明明看到外面的槳葉還沒有開始轉動，但發(fā)動機內(nèi)部已經(jīng)傳來了細微的低轟鳴聲，那就是起動機啟動。接著外面的槳葉慢慢開始旋轉，到一定速度后再次聽到轟鳴聲，并且發(fā)動機尾部產(chǎn)生煙流，那便是燃燒室介入工作。當轟鳴聲突然沒有時，說明點火完成，大發(fā)啟動完畢。

APU

相信大家并不對apu感到陌生。apu全稱?Auxiliary Power Unit（輔助動力單元），其本質(zhì)是一臺小型渦軸發(fā)動機（這里要注意，很多人把apu理解成渦噴，其實渦軸才是最準確的答案）主要的作用是提供引氣和電力。引氣用于啟動大發(fā)里的起動機，從而啟動大發(fā)。電力則負責在大發(fā)還沒有啟動時提供艙內(nèi)的電力系統(tǒng)。由于apu的功率并不大，啟動其本身并不需要大發(fā)那么麻煩，其起動機是一臺可以自啟的電動機，與汽車類似。

其實，apu不僅僅用于航空界，一些大型設備如輪船、軍艦都會有。apu的油耗相比大發(fā)而言并不高。一架737NG的飛機發(fā)動機普通油耗約2650kg/h，而apu僅僅70-400kg/h。apu常常被放于飛機的尾部，727的比較例外放在主起落架艙里。目前市面造apu的廠商不少，但最為出色的幾家有目共睹，即霍尼韋爾和普惠，霍尼韋爾的比較廣泛。

發(fā)動機起動機

航空發(fā)動機的起動機比較復雜，按種類分大體分為電起動機、燃油起動機、液壓起動機、蒸汽起動機和壓縮空氣起動機。電起動機最為普遍，汽車的啟動也是電起動，其因為構造簡單輕便被大量使用，缺點是啟動功率低，故無法用于大型發(fā)動機啟動；燃油起動機的功率高，但是需要消耗燃油，并且構造復雜，工業(yè)上常常用于內(nèi)燃機啟動；液壓起動機和蒸汽起動機啟動功率高，但效率偏低，并且使用起來不穩(wěn)定，因此難以用于航空發(fā)動機上。故此，壓縮空氣起動機因其舒爽的經(jīng)濟性與功率性常常用于啟動大發(fā)，啟動壓縮空氣起動機（小發(fā)）僅僅通壓氣便可輕松啟動。

空中停車

如果發(fā)動機空中停車了，飛行員重啟發(fā)動機的一條途徑就是啟動apu，利用apu的引氣才能重啟小發(fā)，再而啟動發(fā)動機。這里apu最主要的功效還是提供緊急狀態(tài)下的電力，因為沒有電力液壓系統(tǒng)及大部分操作頁面都會失效。當然，如果apu也失效了還會有rat（沖壓空氣渦輪），這里不做過多介紹。rat負責提供緊急電力和藍色液壓系統(tǒng)驅(qū)動飛行控制，這時無法引氣啟動小發(fā)，飛行員可利用風車效應增大發(fā)動機進氣流量提升風扇轉速，從而直接點火啟動大發(fā)。

多電飛機——波音787

隨著技術的發(fā)展，電力供給功率不斷提高，多電產(chǎn)品逐漸問世。多電飛機技術是將飛機的發(fā)電、配電和用電集成在一個統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)，實行發(fā)電、配電和用電系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理和集中控制。787大發(fā)起動機（嚴格來說是羅爾斯羅伊斯的Trent1000以及通用電氣的GEnx）的啟動不再需要壓縮空氣，可簡單利用電啟動原理來啟動發(fā)動機，因而其apu并沒有引氣的功能，一定程度上簡化了apu并減輕重量。