王德慶 宋瑞民 陶?qǐng)虻?/p>

摘 要：基于發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)給出了某型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)剩余功率曲線，通過(guò)不同功率起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)專項(xiàng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了給出的剩余功率曲線的正確性。針對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)降低起動(dòng)機(jī)功率的可行性進(jìn)行了分析，預(yù)測(cè)了配裝不同功率、不同特性起動(dòng)機(jī)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);起動(dòng)特性;試車

1 前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)的選擇主要受到起動(dòng)時(shí)間和帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速限制。在極端的天氣條件下，可能遇到冷熱懸掛問(wèn)題，因此起動(dòng)機(jī)需具有足夠大的功率，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗。但起動(dòng)機(jī)功率過(guò)大，必然會(huì)帶來(lái)重量增加，不滿足飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)重量盡可能輕的要求，因此選擇合適功率的起動(dòng)機(jī)，尤為重要。本文基于發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)，克服了起動(dòng)過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)（包含傳動(dòng)附件）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量難度大、理論建模難度大、精度低的問(wèn)題，采用了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性進(jìn)行了[1-5]，得到了該發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的剩余功率曲線，通過(guò)專項(xiàng)帶轉(zhuǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證了給出的剩余功率曲線的正確性。預(yù)測(cè)了配裝不同功率、不同起動(dòng)特性起動(dòng)機(jī)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)模型

基于某型發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，燃油不參與燃燒，渦輪扭矩可視為零，其動(dòng)力學(xué)方程為：

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到其最高轉(zhuǎn)速時(shí)，則滿足下式：

在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，壓氣機(jī)的功率可近似的認(rèn)為與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，即扭矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比[3]，表示為：

發(fā)動(dòng)機(jī)停車過(guò)程和起動(dòng)過(guò)程中，相同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速下，假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載保持不變。在發(fā)動(dòng)機(jī)停車過(guò)程中，僅由發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子加速度使發(fā)動(dòng)機(jī)停車。此時(shí)滿足下式：

根據(jù)試車數(shù)據(jù)可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載進(jìn)行擬合，可得到由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量表示的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果起動(dòng)機(jī)的扭矩特性如下：

將式（4）、（5）代入式（2）中，基于實(shí)際試車數(shù)據(jù)，可得該型發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的系統(tǒng)綜合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。結(jié)合轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論[6]，計(jì)算得到了在海拔高度1km、大氣87kPa 、大氣溫度13℃下，起動(dòng)機(jī)斷開(kāi)前發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)剩余扭矩曲線，如下圖1：

3 某型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)剩余功率正確性驗(yàn)證

某型發(fā)動(dòng)機(jī)分別采用功率相差10kW的起動(dòng)機(jī)A與起動(dòng)機(jī)B進(jìn)行起動(dòng)試驗(yàn)，試車數(shù)據(jù)如下表1。

由圖2可知，模型計(jì)算得到的起動(dòng)機(jī)A和起動(dòng)機(jī)B的帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速分別為27.8%、25.2%，配裝起動(dòng)機(jī)進(jìn)行專項(xiàng)帶轉(zhuǎn)試驗(yàn)帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（見(jiàn)表1）分別為28.3%、25.6%，理論計(jì)算和專項(xiàng)試驗(yàn)的帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速基本一致。因此，通過(guò)試車數(shù)據(jù)求得的起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及剩余扭矩曲線是準(zhǔn)確的，驗(yàn)證了所建模型的正確性。

3.2 某型發(fā)動(dòng)機(jī)降低起動(dòng)機(jī)功率的可行性分析

某型發(fā)動(dòng)機(jī)要求起動(dòng)時(shí)不超過(guò)50s內(nèi)高壓換算轉(zhuǎn)速達(dá)到50%、冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不小于21%。應(yīng)用圖1計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)剩余扭矩曲線，對(duì)55kW～83kW功率的起動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)時(shí)間和帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速計(jì)算。發(fā)動(dòng)機(jī)配裝不同功率起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性表2及圖3。

選用功率不小于66kW的起動(dòng)機(jī)，在50s左右發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速均可達(dá)到50%、帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大于21%;若選用55kW～66kW燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)，帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較低、起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，考慮冷熱天等極端天氣影響下，不滿足該型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)要求，因此該型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)功率選擇不應(yīng)低于66kW。

4 小結(jié)

基于發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)給出了某型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)剩余功率曲線，通過(guò)兩種不同功率起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)專項(xiàng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了給出的剩余功率曲線的正確性。針對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)降低起動(dòng)機(jī)功率的可行性進(jìn)行了分析，預(yù)測(cè)了配裝不同功率、不同特性起動(dòng)機(jī)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，對(duì)該型發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)的選擇提供了參考依據(jù)，該方法可應(yīng)用于其他發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性分析，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：王德慶（1993-），男，山東淄博人，碩士，助理工程師，研究方向：航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能設(shè)計(jì)。