涡扇发动机惯性起动试飞方法研究

刘旭东，苗禾状，高扬，王艳平

涡扇发动机惯性起动试飞方法研究

刘旭东，苗禾状，高扬，王艳平

(中国飞行试验研究院发动机所，陕西西安710089)

在试飞阶段，发动机空中意外停车情况很难遇到，即使遇到通常也无法复现，无法达到充分验证惯性起动功能的目的。在对某型涡扇发动机惯性起动功能工作原理进行充分研究的基础上，提出一套完整的改装方法、改装后地面惯性起动检查方法和惯性起动试飞操作程序。试飞结果表明，该方法能有效解决该型发动机的惯性起动试飞问题。本研究对其它型号发动机惯性起动试飞具有重要的参考价值。

涡扇发动机；飞行试验；惯性起动；空中意外停车；试飞操作程序

符号表

B振动值

H高度

n1低压转速

n2高压转速

Pf1第一级燃油总管油压

PLA油门杆角度

T1发动机进口温度

T6涡轮后总温

V表速

1 引言

航空发动机空中起动能力对飞机安全飞行至关重要。装配涡喷/涡扇发动机的战机，在某些恶劣外界扰动下有可能会空中熄火停车，如果不能可靠地进行空中起动，就会贻误战机，甚至机毁人亡。因此，空中停车和再起动的可靠性一直是人们高度关注的问题，也是发动机定型、鉴定的重要考核项目[1]。

常见的空中起动有惯性起动(也称惯性自动起动)、遭遇起动、油门杆起动、风车起动等。发动机惯性起动是指发动机空中意外停车后，在飞行员尚不知晓的前提下，由发动机控制系统自动执行起动程序，进行空中起动[2，3]。在涡扇发动机惯性起动试飞中，很难遇到空中意外停车情况，即使遇到通常也无法复现，无法达到充分验证惯性起动功能的目的。

本文针对某型涡扇发动机惯性起动试飞方法进行研究。在对惯性起动功能工作原理进行研究的基础上，通过改装通往发动机自动起动装置的电气线路，实现了对发动机惯性起动功能的试飞验证。

2 惯性起动功能工作原理及改装方法

2.1惯性起动功能工作原理

惯性起动[4]发生条件：①起落架收上，油门杆处于慢车及慢车以上位置，高压转速小于53%；②起落架收上，进行过自动起动，在自动起动点火装置工作的20 s内，高压转速仍小于53%。

在上述两种情况下，由发动机控制系统自动发出起动指令，惯性起动自动接通。首先油泵调节器上的停车活门接通0.5～0.8 s，清除主燃烧室积油；然后发动机自动起动装置使主燃烧室点火和补氧附件工作8 s，进行空中起动。

飞行员发现停车后，将油门杆收到停车位置，再推到慢车位置。此时，安装在发动机油门杆上的微动开关产生电指令[5]，接通自动起动装置，主燃烧室点火和补氧附件根据自动起动装置的指令开始工作20 s，进行空中起动(试飞中一般称为油门杆起动)。若采用飞行员主动将油门杆收停车的方法，则会触动油门杆上的微动开关，执行20 s点火的油门杆起动程序，也达不到惯性起动试飞的目的。

2.2改装方法

为了在飞行试验中全面检查惯性起动的可靠性，实现对惯性起动功能的检查，在以上分析的基础上，做如下改装：在发动机油门微动电门线路上(与起动箱X1插头对接的外插头20#上)串联一个手动开关，并将该开关置于座舱内。如图1所示，惯性起动开关为波动式，标示有“试验”和“正常”两个位置。线路断开时为“试验”状态，即可进行惯性起动试验；线路接通时为“正常”状态，即恢复未改装状态，可进行油门杆起动或风车起动试验。

图1 座舱内惯性起动开关示意图Fig.1 Sketch map of inertial automatic start switch in the cabin

3 改装后的地面检查方法

改装完成后需进行地面检查。地面惯性起动检查操作程序为：

(1)发动机不开车，综合调节器通电；

(2)将座舱内的惯性起动开关置于“正常”状态，将发动机油门杆置于慢车或慢车以上位置，取消右起落架支柱信号，模拟飞机飞行状态，可听到主点火电嘴的打火声，持续时间8 s；

(3)第(2)步模拟飞行中发动机熄火，此时油门杆位于慢车或慢车以上位置，惯性起动系统正常，能自动接通工作；

(4)将惯性起动开关置于“试验”状态，收油门杆到停车位置，再推油门到慢车或慢车以上位置，主点火电嘴应打火8 s；

(5)第(4)步模拟飞行试验中的惯性起动试验操作程序，若主点火电嘴打火8 s，则表示惯性起动改装线路正常，可进行惯性起动试验。

4 惯性起动试飞操作程序

飞行中惯性起动试验操作程序为：

(1)在指定试验高度、速度点，飞机保持平飞；

(2)将座舱内惯性起动开关转到“试验”状态，收右发油门杆至停车位置；

(3)当高压转速下降到60%时，推油门杆至慢车位置，等待发动机自动起动；

(4)若起动成功，将座舱内惯性起动开关转到“正常”状态，结束本次试验；

(5)若起动不成功，当发动机高压转速小于50%时，将座舱内惯性起动开关转到“正常”状态，收油门杆至停车位置，推油门杆起动发动机。

其中，第(3)步中推油门的时机选择在高压转速降至60%而非53%，是考虑到推油门杆至慢车位置后，高压转速还会继续下降，所以需提前推油门。

5 惯性起动试飞结果

分别在试验点H=5 000 m、V=300 km/h，H=5 000 m、V=1 000 km/h，H=7 500 m、V=300 km/h，H= 8 000 m、V=400 km/h，H=8 000 m、V=1 000 km/h，H=11 000～12 000 m、V=450 km/h各进行2次(共12次)惯性起动试验。起动过程中没有出现超转、超温、振动超限、喘振等异常现象，均起动成功，空中起动成功率100%。试飞数据见表1，典型试验曲线见图2。

从图2中看出，发动机惯性起动过程中有一明显的切油现象，这正是惯性起动所特有的现象。若没有惯性起动开关，收油门停车再起动则不会出现切油现象，发动机点火时间也会从8 s变为20 s。

表1 惯性起动试验数据Table 1 Inertial automatic start flight-test data

图2 H=11 000～12 000 m、V=450 km/h惯性起动时间历程曲线Fig.2 Inertial automatic start time history curve atH=11 000～12 000 m,V=450 km/h

6 结束语

本文在对某型涡扇发动机惯性起动功能工作原理进行充分研究的基础上，对通往发动机自动起动装置的电气线路进行了改装，提出了一套完整的改装方法、地面检查方法和惯性起动试飞操作程序，并成功完成该型发动机的惯性起动试飞，验证了方法的可行性。

本研究为今后先进动力装置的惯性起动试飞积累了经验，奠定了一定的技术基础，对航空发动机试飞技术的进步起到一定的积极影响。

[1]李树人.航空燃气涡轮发动机工作特性试验分析[M].西安：飞行试验研究院，2008.

[2]聂恰耶夫Ю Н，费多洛夫Р М.航空燃气涡轮发动机原理[M].姜树明，译.北京：国防工业出版社，1984.

[3]聂恰耶夫Ю Н.航空动力装置控制规律与特性[M].单凤桐，程振海，译.北京：国防工业出版社，1995.

[4]谢寿生.苏-27型飞机АЛ-31Ф双涵道加力涡轮喷气发动机[M].西安：中国人民解放军空军工程学院，1993.

[5]АЛ-31Ф发动机技术说明书[M].沈阳：第六0六研究所，1993.

Methods on Inertial Automatic Start Flight-Test of Turbofan Engine

LIU Xu-dong，MIAO He-zhuang，GAO Yang，WANG Yan-ping
(Chinese Flight Test Establishment，Xi’an 710089，China)

Since engine in-flight accidental shutdown is infrequent in test phase,the inertial automatic start system can't be adequately verified.Based on the analysis and investigation of a turbofan engine iner⁃tial automatic start system work principle,a complete set of refit method,ground check method after refit, flight-test operation procedure is presented.The flight tests results show that the measure is feasible to iner⁃tial automatic start flight tests.It will bring a more positive impact on aero-engine flight test technology.

turbofan engine；flight test；inertial automatic start；in-flight accidental shutdown；flight test operation procedure

V233.6+18；V217

A

1672-2620(2013)03-0047-03

2012-07-25；

2013-01-18

刘旭东(1982-)，女，山西太原人，硕士研究生，主要从事航空发动机控制、建模仿真及动力装置飞行试验等方面的研究。