飞机发动机的蓄电池起动

通用飞机的发动机起动通常采用地面电源或航空蓄电池进行起动。如何评估蓄电池起动本文对利用蓄电池起动涡轮发动机的分析方法进行研究，得出一个适合于通用小飞机发动机起动的分析方法，为飞机起动发电机和蓄电池选取提供依据。

目前通用飞机多使用发动机包括，活塞发动机、涡轮螺旋桨或涡轮风扇发动机，通常这三类发动机采用电起动。而在地面通常可以使用的电源包括由地面电源车提供的地面电源以及机载用于电源系统备份的航空蓄电池。本文利用一种通用分析方法，利用供应商提供的参数和曲线对蓄电池、起动发电机和发动机的特性进行分析，筛选出特性匹配，容量满足要求，重量最小的航空蓄电池。

系统组成

起动系统主要包括三个组件，蓄电池、起动发电机和发动机。蓄电池向起动发电机提供电能，由起动发电机将电能转变成机械能带动发动机运行。为了使三个部件很好的配合使用，需对各自的特性和参数进行研究，选择最优的系统配置完成发动机起动。

特性分析

蓄电池主要特性是在起动期间能够持续提供10到50秒的大电流输出，输出能量一定，输出电压与电流成反比。蓄电池制造商通常会提供蓄电池在不同温度下，额定输出电压一半的情况下的最大放电电流Imp，或提供蓄电池电压-电流放电曲线。

起动发电机在起动时主要将电能转变成机械能，在不同的电流、电压输入情况下，其提供的输出力矩不同。通常起动发电机制造商会提供其产品的起动特性曲线，描述其在不同电压、电流和转速下的起动力矩。

发动机与起动发电机通过轴连接，在发动机点火前，仅利用起动发电机的驱动力带动发动机转轴转动。当达到点火转速，发动机点火后，由燃气和起动发电机共同驱动发动机转轴转动直到达到慢车转速后，起动发电机退出。发动机起动力矩受温度影响较大，通常发动机需要提供不同温度下的起动力矩曲线，作为起动发电机和蓄电池选择的输入。

起动分析

蓄电池除用于发动机起动外还作为主电源失效后的应急电源，其容量需满足飞机应急供电1小时（最大飞行高度25000英寸以上）或30分钟（最大飞行高度25000英寸以下）的使用。为了满足起动和应急供电要求，兼顾考虑系统重量设计，通常首先计算应急供电容量需求最轻的蓄电池，在此基础上选择起动能力满足发动机起动曲线要求的蓄电池。蓄电池起动通常包括两种起动分析，分别是地面起动和空中起动。

在进行地面起动分析时，通常对飞机使用的几个典型环境温度的起动匹配情况进行分析。通常会根据飞机使用和停放环境温度选取（-35℃，0℃和25℃）进行分析。本文基于某型公务机电源系统构架，对其应急负载容量分析后选用的42Ah的蓄电池起动能力进行分析。此处仅对0℃下利用某国外供应商提供的42Ah的镉镍蓄电池特性曲线对发动机起动能力进行分析，其他阶段可参考此方法。

首先，计算蓄电池到发电机之间电缆端接接触电阻、配电盒内阻和电缆本身电阻。根据飞机蓄电池、配电盒和发电机的安装位置，预采用的线规号000供电电缆10米，其阻值为2.39毫欧，而端子接触电阻和配电盒内阻总共不超过0.5毫欧。根据蓄电池供应商提供的0℃下蓄电池电流-电压输出特性曲线分别选取如图1中各曲线电流值，找出蓄电池能够提供的电压U。根据所选电流和电阻计算蓄电池到起动发电机之间的电压降。最终利用公式

计算得到起动发电机端电压。利用起动发电机供应商提供的起动力矩曲线，通过描点法绘制出蓄电池起动曲线如图1中所示。图1中绘制的曲线就是起动发电机在0℃下，利用42Ah蓄电池在不同转速条件下能输出的起动力矩。

将此曲线转换到发动机起动力矩曲线，如图2蓄电池起动曲线所示。图中蓄电池起动曲线在整个起动过程中始终位于保证0℃（32℉）发动机起动力矩曲线上方，则能保证在此温度条件下蓄电池能够实现发动机的起动。说明该起动系统能够在0℃情况下能够满足该发动机的起动。

依据此的方法分别对飞机可能工作的温度范围内的蓄电池起动曲线进行分析。若出现不满足起动要求的，则需要更换选用起动能力更强或容量更大的蓄电池或更换发电机，对系统起动能力再次分析。

完成地面起动后，应再对系统的空中起动能力进行校核。多发飞机在单发失效时的空中重起，可采用蓄电池和发电机组合供电进行重启。而通常分析蓄电池的起动能力时，按照最严酷的状况及发动机全部失效的情况进行校验。首先得根据发动机类型确定起动力矩。若采用螺旋桨发动机，发动机空中再起动时，螺旋桨旋转能提供风车力矩辅助起动。利用飞机气动和发动机专业提供的力矩数据，在进行空中起动分析时需从起动力矩减掉风车力矩。若采用涡扇发动机，则直接使用发动机厂家提供的力矩曲线即可。其次，在确定环境温度时，需考虑蓄电池是否有加温和保温措施。若蓄电池本身采用了加温和保温措施，在发动机停车后蓄电池温度应满足要求范围内，起动分析时采用规定保温范围的最低温度。发动机空中重起需考虑最大飞行高度下蓄电池安装位置的可能出现的最低温度。最后，确定好力矩和温度后，利用地面起动分析方法，对空中重启能力进行校验。若不满足起动要求，则需要更改设计。如更换蓄电池，或增加加温和保温措施等等。更改设计后再次重复地面和空中起动的能力分析，直到选择到一种同时满足应急供电，地面起动和空中起动的蓄电池。

结论

蓄电池起动能力分析，是基于系统内各设备的布置位置和特性曲线，对各典型的温度条件下的起动能力进行迭代分析的过程。需考虑包括空中起动等所有可能的使用模式下的起动能力，其分析方法与本文使用的典型分析方法一致。蓄电池起动能力的分析，能在初步设计阶段对设备选型提供依据，确保系统功能、性能满足要求的情况下，达到重量最小。