浅谈大气湿度对涡轴发动机功率校验的影响

浅谈大气湿度对涡轴发动机功率校验的
影响
摘要涡轴发动机的性能好坏直接关系到直升机的操纵和安全，其中发动机功率校验是检查发动机性能好坏的一个重要手段。

在南方潮湿闷热的气候条件下，ARRIEL-2S1发动机的功率校验表现一直不佳，本文通过数据对比和分析，探索湿度对功率校验的影响，确定出湿度是影响功率校验数值的一个重要参数，为今后相同环境下直升机的运行维护提供帮助。

关键词：涡轴发动机；功率校验；ARRIEL-2S1；湿度；闷热
1、引言
对于使用涡轴发动机作为动力的大中型直升机来说，发动机性能的好坏直接
关系到直升机的操纵和安全裕度，特别是在悬停、垂直拉升等复杂飞行任务中，
发动机的表现尤为重要。

笔者所在的救助飞行队的救助直升机执行任务时往往就
需要长时间的海面无地效悬停，对于发动机的功率要求更加苛刻，也是我们日常
维护中关注的重点。

同时，现在救助飞行队使用的S-76C+直升机设计适配的ARRIEL-2S1发动机的功率裕度相对不足，特别是使用一段时间后，在南方潮湿闷
热的气候环境下表现尤为不佳，经常出现在悬停作业一段时间后或者载重比较大
的时候，发动机功率进入黄区的现象。

2、发动机功率校验分析
因而，发动机功率的维护与监控就是日常维护中的重要工作，在ARRIEL-2S1
发动机的维护手册中要求，每25小时参考S-76C直升机飞行手册中的步骤进项
发动机健康检查即功率校验工作，如果功率校验不满足要求，需按照维护手册进
行相应的检查和维护工作，同时维护手册中还要求定期进行发动机清洗清洁工作，这也是使发动机功率恢复的一个重要手段。

通过飞行手册中的图表及发动机功率监控表可知，ARRIEL-2S1发动机功率校
验的好坏与外界温度、气压高度息息相关，如下所示：
同时，通过日常维护对比发现，外界温度高时（比如6-9月高温天气）时，
发动机功率表现较差，因而，给大家形成了气温是决定发动机功率表现的重要依
据的印象，但笔者经过仔细对比发现，不完全是这样，在同样的高温天气，外界
温度一样，发动机功率校验的数据截然相反，有时是负的，有时是正的，如图表
一所示，通过对比方框1、方框2及椭圆形框3中的数据发现，7月28日一次测
试时温度为31°，但是N1裕度为-2.5，反而在当天中午测试时，气温达到了35°高温，N1裕度确为0，比之前的-2.5高出很多，另8月9日气温为32°的一次
测试时，N1裕度又为-2，打破了之前功率裕度与外界温度线性相关的结论。

再者，通过对比气压高度IIDS HP与N1裕度的对比数据也能发现，两者没有明显的线
性关系，对比7月28日与8月9日的数据发现温度基本一致，气压高度HP相差
很多，但N1裕度差别不大。

据此，我们可以得出结论：气温和气压高度对发动
机功率有影响，但不是纯粹的线性关系。

图表一、旧版功率校验记录表
那么，在相同气温和气压高度条件下，是什么在影响发动机功率校验数据呢？经过深入的研究对比发动机功率检查时候的天气情况，结合经验发现，功率检查
数据较差时，一般是在特别闷热的天气条件下发生的，有时候早上气温低的时候
不行，反而到了中午或下午气温高了就可以，这个时候能够反映气候闷热与否还
有一个重要参数，那就是空气中的湿度，通过多次的测试发现，湿度大时，发动
机功率校验数值都很差。

于是，我就重新制作了功率校验记录表，增加了一项湿
度的统计，要求填入测试时当地的湿度（如下图表二），通过对比我们可以发现，图表二中框5、6、7在温度相近时，发动机功率在不同的湿度条件下的表现差别
很大，湿度越低，功率越好。

对比框8、9可以发现，即使框9完成时的气温明
显高于框8，但是由于湿度66%远小于80%，框9当时的功率2.9明显高于框8的
-0.8，由此我们可以得出结论：发动机功率校验表现与大气湿度有直接关系，而
且是线性相关，即湿度越低，功率裕度越大。

图表二、新版功率校验记录表
同时，进一步分析可以得知，在其他条件相同的情况下，湿度越大，代表空气中包含的水分越多，发动机在同等吸气量的情况下所获得的干燥空气的含量越少，同时，空气量的多少直接影响发动机的性能表现，因而空气湿度越大，发动机功率裕度越小，甚至出现负值。

3、结论
综上所述，我们可以得出结论，大气湿度直接影响到发动机功率校验数据，而厂家要求的发动机健康监测时未对此进行相应的要求和分析，导致运行过程中，经常出现闷热（湿度大）条件下功率校验通不过的问题，给发动机维护带来困扰，同时严重影响了飞行员的心理。

因而在中国南方沿海运行条件下，对于ARRIEL 2S1发动机来说，在执行功率校验检查时要结合当天的湿度进行分析，可以选择湿度相对较小时进行。

同时，通过查阅资料，张赟等人[3]在《大气湿度对涡轴发动机地面试车性能
的影响》一文中描述定量探究大气湿度对该型发动机地面试车性能的影响，对准
确评估该型发动机的性能非常重要。

他们通过准确计算得出涡轴发动机试车时的
大气湿度修正系数，使得在高湿条件下试车也能够准确反映发动机的性能水平。

结合以上内容及分析对比结果表明，我们关于湿度对于ARRIEL 2S1发动机功率
校验表现的讨论是正确可行的，为今后更好地运行维护奠定了基础。

参考文献：
【1】SA_4047-76C-14 S-76C+，S-76C+飞行手册
【2】TURBOSHAFT ARRIEL 2 S1 MAINTENANCE MANUAL .
【3】张赟，林学森，李本威，王永华，孙涛大气湿度对涡轴发动机地面
试车性能的影响[A]，燃气涡轮试验与研究，2016年6月第29卷第3期。