某型发动机起动困难外场处置分析

王仕鹏 张春海

摘 要：本文从某型发动机的燃烧室构造、点火过程及点火原理等方面入手，选取了热发起动、起动供油量的调整、提高点火能量、点火器左右互换四种外场处置方法，通过对这四种外场处置的可行性及适用范围的分析，对外场某型发动机起动困难故障的处置具有一定的指导意义。

关键词：起动困难；外场处置；发动机

中图分类号：V263.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0074-02

1 前言

某型发动机自试制以来，在外场多次出现起动困难的问题。点火困难是点火系统的一个综合问题，影响因素较多。

外场发动机起动困难故障，一般分为两种，一种为点火原件本体功能故障，一种为非点火原件本体故障。

点火原件本体功能故障一般表征为：电嘴不跳火、高压点火电缆无电压输出、点火线圈无电压输出、起动箱故障、起动发电机故障、起动线路故障、起动电源故障等。该类故障的排除一般都较为简单且直观，大部分均以更换故障原件为结束事件。

非点火原件本体故障，一般伴随着使用环境的改变而发生，特别是在低温和高原情况下，该问题尤为突出。该类故障的排除较为复杂，本文选取了热发起动、起动供油量的调整、提高点火能量、点火器左右互换四种外场处置方法，并从该型发动机的燃烧室构造、点火过程及点火原理等方面入手，分析这四种外场处置的可行性。

2 某型发动机燃烧室、点火器机构及起动点火过程简介

2.1 燃烧室

某型发动机燃烧室为带单独头部的环形燃烧室，燃烧室由燃烧室壳体、火焰筒、左右两个点火器、10个喷嘴等部件及一些小零件组成（见图1）。

2.2 点火器和起动喷嘴

某型点火器（见图2）由点火器壳体、点火器裙部、挡流板、电嘴及起动喷嘴组成如图2。点火器裙部有切向进气槽和轴向进气孔。挡流板焊接在裙部壳体上，并与裙部壳体、点火器壳体形成空腔，该空腔包含了所有轴向进气孔。左右點火器除电嘴、起动喷嘴的安装方向和裙部切向槽朝向相反外，结构完全相同。

起动喷嘴装于点火器的上方，为单油路离心喷嘴。

某型发动机点火器实际相当于一个小型燃烧室。裙部轴向孔进气通过挡流板与裙部和壳体之间的空腔在点火器内形成垂直旋转气流，切向槽进气则形成水平旋转气流，两股旋转气流相交产生较强的气流漩涡，将点火器中的空气与起动喷嘴喷入的燃油充分混合，产生比较均匀的油气混合气。两股旋转气流同时在点火器中间形成一个低速的回流区，该回流区有利于点火器中初始火焰的形成。高能电嘴产生电火花点燃回流区的油气混合气，进而在点火器中扩展传播，形成强烈的火焰，并通过点火器出口喷入主燃室，从而点燃主燃室的油气混合气。

2.3 某型发动机起动点火过程

在不同起动电源下按下起动按钮，电源均由同一配电盒经继电器到点火线圈，点火线圈与电嘴工作。同时停车电磁活门通电，暂不向工作喷嘴供油。

由微动电门控制起动供油电磁活门的开关，9S钟后起动供油电磁活门打开，起动喷嘴供油，点火器工作。

20S后，由微动电门控制，解除停车电磁活门的通电，工作喷嘴供油工作，主燃烧室开始点火工作。

25S后，由微动电门控制，点火线圈和起动供油电磁活门断电，点火系统停止工作。

3 点火基本原理

静止可燃混气点火的理论模型：电火花在可燃混气中瞬间建立了一个气体小容积，其内气体温度非常高。但因热传到周围未燃气体而使温度迅速下降；而周围未燃气体邻接层因升温而产生化学反应，结果形成燃烧波以接近于球形匀称地向外传播。点火能否获得成功即燃烧波是否发展稳态取决于当起始温度已降到大约为正常火焰温度时，已燃烧的容积是否达到某一临界尺寸。这一临界尺寸就是所谓的冷熄距离，小于这一尺寸时由于周围气体的吸热冷却作用不能使火焰传播开来，点火不能获得成功。为建立达到临界尺寸的火焰所需要的能量称为最小点火能量E。

4 外场处置及原因分析

4.1 热发起动

4.1.1 方法

发动机起动前先冷转1-2次，特别是在低温起动的情况下。

4.1.2 原因分析

燃油温度低，导致燃油粘度增大，燃油雾化质量恶化，SMD尺寸增大，点火区域向贫油点火极限靠近，这是点火器在低温下点火困难的主要原因之一。

4.1.3 可行性分析

发动机起动前先冷转1-2次，可以对燃油进行一定的预热，从而提高燃油的雾化质量，减小SDM尺寸，使点火区域远离贫油点火极限，改进点火质量。

4.1.4 结论

方法可行有效。该方法优点在于操作简单，缺点在于不能彻底解决起动困难故障。该方法特别适合在低温起动的情况下使用。

4.2 起动供油量的调整

4.2.1 方法

调整燃油调节器16#螺钉，一般采用反调该螺钉增油。

4.2.2 原因分析

发动机的油气比越靠近设计理论最佳油气比越容易点火，通过对油气比的调整可有效的提高点火质量。

4.2.3 可行性分析

某型发动机的起动喷嘴安装于起动喷嘴，并收口固定，它应保证点火器内非常富油，使混气容易点燃。所以某型发动机在低温情况下一般先采用反调燃油调节器16#螺钉增油来改善点火质量。

4.2.4 结论

方法可行有效。该方法适用于大部分点火困难故障，但一般难以一次调整到位，调整后需试车验证，较为繁琐，建议在用户对发动机使用不紧迫的情况下使用。

4.2.5 下一步工作设想

（1）改进起动喷嘴结构，提高旋流孔和出流孔的位置及形状尺寸等主要尺寸的精度，以提高其雾化质量；

（2）改进点火器结构，控制挡流板出口位置，使进口气流能够直接对准起动喷嘴出口，利用进口气流的速度吹散燃油，提高燃油雾化质量；

（3）调整电嘴与起动喷嘴在点火器中的相对位置，电嘴喷出的电火花应位于点火器内混气的回流区的中心，且起动喷嘴的雾锥SMD值较小的区域。

4.3 提高点火能量

4.3.1 方法

更换跳火弱的起动点火电嘴。

4.3.2 原因分析

点火电嘴产生的电火花在可燃混气中瞬间建立了一个气体小容积，其内气体温度非常高，用于点燃可燃混气。

4.3.3 可行性分析

现配装于某型发动机的起动点火电嘴性能衰减较严重，一般使用100h以后，电嘴跳火范围不足跳火圆周的十分之一，而更换新电嘴后，跳火范围可以达到跳火圆周的十分之九以上，电火花在可燃混气中瞬间建立的高温气体容积将增大，从而改善点火质量。

4.3.4 结论

方法可行有效。该方法能产生短时效应，但因电嘴产品本身的性能衰减过快，使用一段时间后点火质量会下降，建议用户在任务紧急且热发起动亦困难的情况下使用。

4.3.5 下一步工作设想

可以采用高能点火装置，从源头提高点火能量，从而改善点火质量。

4.4 点火器左右互换

4.4.1 方法

左右点火器互换。

4.4.2 原因分析

通过厂内在点火试验台进行点火试验时，可以发现该型发动机地面状态点火质量好，而高空低速状态点火相对较差；且供油压力大时点火质量相对供油压力小时的点火质量差，表明该型发动机在高原情况下不能正常点火的主要原因为点火器过度富油，而供气相对不足造成。

4.4.3 可行性分析

（1）互换后，水平旋转气流增强后，和垂直旋转气流更匹配，易形成一个好的回流区，更易于点火。

（2）互换后，点火器内部的涡旋向右上位置偏移，更易于点火。

（3）点火器互换后，明显改变了点火器内部的流场结构，且总气流量增加，减小了油气比，特别是在高原情况下，就能很大程度的改善点火质量。

（4）在低温情况下，燃油雾化性能差，互换后，气流涡流强度的适当增强还能优化燃油的雾化性能，更有利于点火。

4.4.4 结论

通过数值模拟计算、点火器进出口压力参数测量表明某型发动机点火器左、右互换后能够改变点火器内部气流情况，并改善点火性能。该方法可行有效。该方法操作简单、效果明显，可适用于大部分起动困难故障，特别是在低温、高原情况下的起动困难故障。但该方法一直缺少设计单位的相关理论支持，大部分用户不同意使用，较为遗憾。

4.4.5 下一步工作设想

（1）调整点火器进气孔大小、切向槽大小及挡流板与点火器壳体的间隙，要将这些尺寸调整出个最隹尺寸；

（2）研究點火器内进气孔气流与切向槽气流的匹配，形成一个好的回流区，这样有利于火焰的稳定，并降低进气速度的影响；

（3）调整起动喷嘴在点火器中的位置，起动喷嘴的喷雾角决定了起动喷嘴在点火器中的位置；

（4）设计单位尽快给出点火器左右互换的理论依据。

5 结语

通过上文可以发现，在排除起动困难故障时，外场服务人员一般需综合考虑用户使用意见和故障处理时效性，特别是用户外出执行任务过程中，往往会采取更为有效、直接的方法排除故障，以满足用户的使用需求。本文中选取的四种处置亦是如此，其中：（1）热发起动适用于用户在任务紧急的情况下使用。（2）起动供油量调整适用于大部分点火困难故障，建议在用户对发动机使用不紧迫的情况下使用。（3）电嘴更换能满足用户在任务紧急且热发起动亦困难的情况下使用。（4）点火器左右互换适用于大部分起动困难故障，特别是在低温、高原情况下的起动困难故障。

参考文献

[1]某型发动机技术说明书[S].株洲：中国航发南方工业有限公司，2017.

[2]某型发动机维修手册[S].株洲：中国航发南方工业有限公司，2017.