某燃气涡轮起动机高空起动供油规律试验研究

刘祥平，袁先圣，罗铁彬

某燃气涡轮起动机高空起动供油规律试验研究

刘祥平，袁先圣，罗铁彬

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）

发动机起动过程十分复杂，发动机进气温度和压力直接影响发动机能否成功起动。通过起动规律试车台可以研究发动机的起动过程，找出起动过程最佳供油规律。以某燃气涡轮起动机为对象，研究其起动过程，通过调节燃滑油泵调节器参数，改变起动过程燃油流量，从而得到理想的起动性能。试验结果表明，通过调节供油规律，起动机在6 km模拟高度低温环境下能成功起动，且起动时间符合要求。

燃气涡轮起动机；高空起动；供油规律；起动性能

航空发动机的起动过程是一个复杂的过程。起动过程中的供油规律既要满足起动时间要求，又要受到燃烧室贫油和富油稳定工作边界、压气机的工作稳定裕度及热端部件承热能力的限制。目前还不能完全采用数学模型的方法进行计算，主要依靠试验与经验来调节发动机的起动性能。只有经过大量的试验，才能在试验数据的基础上，归纳出实用可靠的经验公式。

1 试验设备和方法

起动规律试车台是用于模拟航空发动机地面或空中起动能力的地面试验设备，主要由冷、热气源供气系统，混合器，试验舱，试验台架，冷却器，喷淋塔，连接管路以及管路附件组成。

2 燃油流量调节方法

起动机的工作状态由机械液压式燃滑油泵调节器（简称燃调）自动控制。在起动过程中，燃滑油泵调节器根据压气机后压力（3）供油，起动成功后便在燃滑油泵调节器的物理转速限制器和燃油流量限制器的限制下工作。

起动机供油规律调节主要通过调节螺钉改变供油量，燃油流量调节方法如图1所示。

图1 燃油流量调节方法

各螺钉调节能力如下。

Ⅰ号螺钉：用于起动和加速供油曲线的平行移动。

Ⅱ号螺钉：用于起动和加速供油曲线斜率的调整。

Ⅲ号螺钉：用于起动机最小燃油流量的调整。

Ⅳ号螺钉：用于起动机最大燃油流量的调整。

3 试验结果分析

起动机在0～6 km不同高度、进气温度下进行起动试验，随着高度的增加，起动时间逐渐增大。=6 km/0=﹣24 ℃模拟环境下起动时间超过规定值。=6 km/0=﹣40 ℃模拟环境下，起动失败，起动过程曲线如图2所示。从图2可以看出，燃油流量走势正常，3压力波动，导致油气比偏高，出现失速，进而导致起动失败。

图2 H=6 km/T0=﹣40 ℃第一次起动过程曲线

为了减少起动机高空环境下的起动时间，提高起动机的高原起动能力，需要提高高空时的燃油流量，使起动机加速变快。

将Ⅱ号螺钉顺时针旋转4圈，提高起动过程中供油流量。将Ⅳ号螺钉顺时针旋转30°，增加最大供油上限。从图1可知，燃油流量上限提高，斜线段斜率增大，Ⅲ号螺钉不动的情况下，燃油流量初始供油量会降低。这样调节将有助于避免起动初始阶段出现失速，提高加速阶段的加速性能。

第二次进行=6 km/0=﹣40 ℃模拟环境下起动试验。试验结果与调节前比较如图3所示。

图3 H=6 km/T0=﹣40 ℃第一次、第二次起动过程曲线

由图3可知，调节燃油供油规律后，起动初始阶段因供油量相对第一次的供油量减少了4.7%，起动过程中未出现失速，转速未出现波动。起动带转结束后，由于加速阶段供油量相对第一次只增加了1.3%，发动机加速缓慢，直到12 s时，转速上升，使起动机压气机后总压3变大，进而使发动机燃油流量提高，才出现明显加速现象。第二次起动时间超出规定值。

继续将Ⅰ号螺钉顺时针旋转180°，将起动过程中斜线段供油量整体提高，同时将Ⅲ号螺钉逆时针旋转60°，减少起动初始供油量，以保持最小燃油流量相对第二次基本不变、相对第一次要低进行试验。第二次、第三次试验结果如图4所示。

由图4可以看出，调节燃油供油规律后，起动初始供油量相比第二次增加了2.5%，相比第一次少了2.3%，起动初始阶段未出现失速导致的转速波动。起动加速阶段，第三次因为相比第二次增加了3.2%，相比第一次增加了4.4%燃油流量，起动过程明显加快，起动时间也符合要求。

图4 H=6 km/T0=﹣40 ℃第二次、第三次起动过程曲线

4 结论

本文对某起动机进行了起动规律试验研究，可以得到如下结论。

某起动机使用原有供油规律，在模拟高度6 km低温环境试验时出现失速导致起动失败。通过调节燃滑油泵调节器减少初始供油量、两次增加起动过程加速阶段的供油量后，起动机起动过程未再出现失速、加速特性明显变好，起动成功且起动时间符合要求。

在本文的高空低温模拟试验中，起动初始阶段供油量相对原始供油规律减少4.7%（第二次）、2.3%（第三次）后，均未出现失速现象导致的转速波动。起动加速阶段相对原始供油规律增加1.3%（第二次）可以改善起动性能，使发动机起动成功，增加4.4%（第三次）可以使发动机起动成功且起动时间满足要求，对今后同类型试验有参考价值。

［1］侯敏杰.高空模拟试验技术［M］.北京：航空工业出版社，2014.

［2］张宝诚.航空发动机试验和测试技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

V235

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.12.006

2095－6835（2020）12－0017－02

〔编辑：王霞〕