第10章 起动和点火系统

10.1.2 不正常起动 10.1.2 不正常起动 发动机起动过程中，由于各种因素可能造成不正 常起动和起动失败，主要有：不点火、热起动、起动 超温、转速悬挂等。
10.1.2 不正常起动
一、不点火 在规定的时间限制内（如在喷嘴供油后10秒），排气温度 或转速指示不增加，表明发动机未点火，应关断起动电门。进 行冷转排出余油后，可接通该发空中点火电门（或起动电门置 “连续”位），检查点火电嘴跳火情况，如跳火正常，可再次 起动。否则，应排除点火故障后再起动。
10.1.3 起动机
电动起动机
10.1.3 起动机
二、燃气涡轮起动机 燃气涡轮起动机实际上是一台完整的小型涡轮轴发动 机。一般由单面单级离心式压气机、回流式燃烧室、单级向 心式涡轮、单级动力涡轮、减速器、离合器等组成。除此之 外，还应有自己的燃油系统、滑油系统、起动系统等。
优点是：起动功率大、不依赖地面电源、可以多次重复使 用。缺点是结构复杂。
10.1.1 起动过程
起动过程定义： 使发动机转子的转 速由零增加到慢车 转速的过程称为起 动过程。
图10-2 起动过程的三个阶段
10.1.1 起动过程
根据发动机起动过程中，带动转子转动的扭矩与 转子阻力矩的变化情况，可以将起动过程分为三个阶 段： （1）由起动机开始带动发动机转子转动起,到涡轮发出 功率,转子仅由起动机带动； （2）由涡轮开始发出功率起,到起动机脱开为止,转子由 起动机和涡轮共同带动； （3）由起动机脱开时止,到发动机进入慢车状态,转子由 涡轮单独带动。
第十章 起动和点火系统
涡轮喷气发动机的典型起动程序
第十章 起动和点火系统
起动与点火系统功用: 使发动机由静止状态过度到稳定的慢车转速工作状态。 (1)带动转子由静止状态加速到一定的转速； (2)向燃烧室供入燃油并点燃,形成持续燃烧。 如图10-1为涡轮喷气发动机的典型起动程序。
第十章 起动和点火系统
10.1.1 起动过程
讨论：
矩
n = n1 时，起动机的扭矩 M s 比发动机转子的阻力 M 大1.0～1.5倍。如果将 n1 值提高，对燃烧室的点燃与稳 f
一般在
定燃烧有利，但起动机的功率要求较高；反之，起动机的功率可 以较小，但不利于燃烧室的点燃与稳定燃烧。
10.1.1 起动过程
第二个阶段：由涡轮开始发出功率时起（n=n1），到 起动机脱开时止（n=n2）。 在这个阶段，起动机和涡轮转子共同带动发动机转 子加速。发动机获得的加速力矩为：
10.1.3 起动机
10.1.3 起动机 分类
•电动起动机， •燃气涡轮起动机 •空气涡轮起动机。
目前民用航空发动机大多采用空气涡 轮起动机。
其他形式的起动机（火药起动机等）
10.1.3 起动机
一、电动起动机 一般采用直流电动机作为电动起动机。目前已广泛使用起 动-发电机。起动时，作为直流电动机使用，起动后作为直流 发电机，由发动机转子带转，向飞机供给直流电源。 涡喷6、涡喷7、涡喷13、涡桨6等发动机均采用这种型式 的起动机。 优点是：使用、维护方便，尺寸小，易使起动过程自动 化。缺点是：重量大，起动扭矩不够大，不适用于中、大型发 动机，供它所需的机载蓄电瓶较重。另外，起动机的功率对外 界气温与电压的变化比较敏感。
另外： 点火系统还应能单独工作，以实现空中再点火以及 恶劣天气情况下为防止发动机熄火而进行的常明灯式的 持续点火；起动系统也应能单独工作，以实现“干冷 转”和“湿冷转”，用于发动机检查、维修后的试车。
第十章 起动和点火系统
10.1 起动系统
10.1 起动系统
起动系统的功用是用来使发动机从静止状态过渡到 稳定的慢车工作状态。 民用飞机要求起动系统能用最经济的方法起动并对 旅客的影响最小，且较好的可靠性。
10.2.2 高能点火器
图10-10 交流高能点火器
10.2.2 高能点火器
工作情况： 通电→经变压器产生高压交流电→整流器整流→储能 电容充电→能击穿放电间隙→储能电容器储存的能量 经扼流圈→向电嘴供电→在电嘴放电表面上发生强烈 的闪光放电→产生火花→点燃混合气。 图10-11所示是其工作过程方框图。
10.1.3 起动机
燃气涡轮起动机
10.1.3 起动机
三、空气涡轮起动机 空气涡轮起动机属于无压气机的涡轮起动机，由单级涡 轮，减速器，离合器和传动轴等组成。 空气涡轮所需的空气，可来自地面气源车、辅助动力装置 或已起动的发动机。 优点：输出扭矩大、重量轻、结构简单、工作可靠、使用方 便。其缺点是需要外界气源，不能单独起动发动机。 目前民用航空发动机大多采用空气涡轮起动机。
10.2.2 高能点火器
一、直流高能点火器
直流高能点火器分为断续器控制和晶体管控制两种。
1. 断续器式直流点火器
断续器式直流点火器由断续器机构、感应线圈、高压整 流器、储能电容器、扼流线圈、放电间隙、放电电阻和安全 电阻等组成。
2.起动和点火系统
图 10 -8 断 续 器 式 直 流 点 火 器
10.2.1 概述
所有燃气涡轮发动机都采用高能点火装置，而且总 是装备双套系统。 点火系统的功用是：产生电火花，点燃混合气。 组成 电源 高能点火器 高压导线 点火电嘴 点火器的输出 高值输出：10 — 12焦耳 低值输出：3 — 6焦耳 所以是复合点火系统。
10.2.1 概述
燃气涡轮发动机的点火系统由两套系统组成 两个变压器， 两个电火激励器 两根高压导线， 两根中间导线 两个电嘴。
10.1.2 不正常起动
三、转速悬挂 起动过程中，在发动机点火以后，转速上升缓慢，甚至 停滞而不能达到慢车转速，称为转速悬挂。操作人员应在EGT 超限之前中止起动。
转速悬挂的可能原因有：空气起动机供气不足（或管道有漏 气等）；起动机脱开过早；燃油系统调节不当，使供油量过 大；压气机有故障；涡轮有故障；场温过高；场压过低。
Aero-engine
LOGO
Gas Turbine
第 10 章 起Hale Waihona Puke Baidu和点火系统
第十章 起动和点火系统
第十章
起动和点火系统
主要内容： 10.1 起动系统 10.2 点火系统 10.3 典型的起动和点火系统
第十章 起动和点火系统
引言：
为了保证航空燃气涡轮发动机能顺利起动，需要有两个 相互协调工作的系统：起动系统和点火系统。 发动机在地面正常起动时，两个系统必须同时工作： 首先由起动系统将发动机转子带转到一定转速，使适量空 气进入燃烧室并与燃油喷嘴喷出的燃油相混合； 其次再由点火系统点燃燃烧室内的油气混合气。 起动过程中两个系统的工作相互协调，并在循环开始 后，由起动控制电路自动调节两个系统的工作。
10.2.1 概述
高值输出（10～20焦耳）
1号电嘴 电源 高能点火器
高压导线
2号电嘴
低值输出（3～6焦耳）
图10-7 点火系统的组成
10.2.2 高能点火器
根据使用的低压电源不同，高能点火器分为直流高能点火 器和交流高能点火器两种。
输入电源：直流电和交流电两种。
断续器式 直流点火系统 点火系统 交流点火系统 直流输入低压(2000伏) 高能电容复合式 交流输入高压(20000伏) 晶体管式
10.1.3 起动机
空气涡轮起动机
10.1.3 起动机
空 气 涡 轮 起 动 系 统
10.1.3 起动机
空 气 起 动 机 的 气 源
第十章 起动和点火系统
10.2 点火系统
10.2.1 概述
燃气涡轮发动机的点火系统在下列情况下工作： （1）地面起动、空中再起动时提供高值电能； （2）起飞、着路以及恶劣天气，连续提供低值电能； （3）特殊情况，如探测到压气机喘振，为防止熄火，自动提 供高值电能到两个电嘴； （4）选择防冰时，提供连续低值电能。 注意：燃气涡轮发动机的点火系统与活塞式发动机的点火 系统的差异。
Ma = Ms + MT −Mf
10.1.1 起动过程
讨论： 当 当 当
M T = M f 时，n = n p 叫做自持转速，这时 M a = M s
n < np n > np
时，M T 时，M T
< M f ，仅有涡轮不能带动发动机转子； > M f ，但转速接近 n p 时，不能脱开起动机 n2 = (1.2 ~ 2.0)n p
10.2.2 高能点火器
2. 晶体管式直流点火器
晶体管式直流点火器的工作原理与断续器式直流点火 器相似。区别只是用晶体管断续电路即晶体管脉冲发生器 取代直流断续器机构。
10.2.2 高能点火器
图10-9 晶体管式直流点火器
10.2.2 高能点火器
二、交流高能点火器
交流高能点火器由变压器、整流器、储能电容、扼流线 圈、放电间隙、放电电阻和安全电阻等组成。如图10-10所 示。
10.2.2 高能点火器
图10-11 交流点火系统方框图
10.2.3 点火电嘴
功用： 产生电火花点燃混合气 分类： 气体放电电嘴:高电压击穿空气产生电火花; 电蚀电嘴:低电压下银离子电离,表面电火花; 半导体电嘴:半导体温度升高,电阻下降. 目前航空燃气涡轮发动机上所用的电嘴是一种表面 放电式电嘴。如图10-12所示。这种电嘴在壳体和中心电 极之间充有绝缘材料，中心电极的前端为钨电极头，外 面包有一层碳化硅半导体材料。
Ma = MT −Mf
10.1.1 起动过程
讨论： 慢车转速是指涡轮扭矩等于转子阻力矩时的转速，也称为空车转速，这时， 发动机基本不产生推力。
n p < n < ni 时，涡轮扭矩始终大于发动机的阻力力矩，发动机不能稳定
工作；
当
n > ni
后，在任一转速下，均能使
MT = M f
，发动机能稳定工作。
，一般起动机脱开转速
起动机脱开过早或过晚都不适宜，脱开过早会由于加速力矩小 而延迟起动时间，甚至使发动机起动失败；脱开过晚，起动机功率 要求大。
10.1.1 起动过程
第三个阶段：由起动机脱开时起（n=n2），到发动 机进入慢车状态时止（n=ni）。 在这个阶段，由涡轮转子单独带动发动机转子加 速。这时发动机获得的加速力矩为：
10.1.1 起动过程
第一个阶段：由起动机开始带动发动机转子转动起 （n=0），到涡轮开始发出功率时止（n=n1）。 在这个阶段，带动发动机转子加速的驱动力来自起 动机，作用在转子上的加速力矩为起动机输出的扭矩与 转子阻力矩（主要包括气动阻力矩、机械摩擦阻力矩以 及传动附件的力矩等）之差，即
Ma = Ms − M f
电嘴应经常检查是否牢固、损坏、漏气，高压 导线连接是否可靠。当拆卸时，电嘴应做检查是否 有热损坏、裂纹和表面腐蚀。电嘴正常是不清洗 的，但是如果积碳使得不可能检查雷管时，可去除 积碳，小心不要损坏半导体绝缘材料表面。
10.2.3 点火电嘴
当必需安装新电嘴时，制造厂有时规定应检查 电嘴伸入燃烧室的深度。这是借助于类似于空塞子 的专用工具实现并通过选择适当厚度的垫片放在电 嘴壳体下面做调整。当更换电嘴时必须装新的封严 垫圈。按照制造厂的规定将电嘴螺纹处润滑并扭到 维护手册中说明的扭矩值。
10.2.3 点火电嘴
点火系统工作时，高能
图 1012 电 嘴
点火器的高压电通过高压导 线输至电嘴，中心电极上的 高压电使中心电极和壳体间 的半导体绝缘材料表面产生 电离作用，为储存在电容器 中的电能提供一条低电阻通 路。放电采取从电极到壳体 高电压跳火的形式，形成高 强度的火化。
10.2.3 点火电嘴
10.1 起动系统
组成： (1)起动机:带动发动机转子并加速到一定转速; (2)起动燃油系统:供给起动发动机时所需要的燃油,以便与 空气混合形成可燃混合气; (3)起动点火装置:在燃烧室内形成火源以便点燃燃烧室内 的可燃混合气; (4)自动装置:使起动系统各附件按规定的顺序与时间,自动 投入或退出工作,保证起动过程自动化
10.1.2 不正常起动
二、热起动和起动超温 热起动：在起动过程中，EGT上升较快有超温的趋势。 起动超温：在起动过程中，EGT上升很快，而且超过了规定的 最大允许限制值。这时应立即停车，检查故障原因并排故。
热起动和起动超温一般是由于油气比过富而造成的。燃油 调节器故障、结冰或压气机前部有障碍物都可能造成油气比不 正常。
10.1.1 起动过程
讨论： 降低慢车转速，可能缩短起动时间和减小起动功率， 但慢车转速过低，会使发动机在慢车状态时的涡轮前燃气 总温T3*接近最大允许值，从而影响发动机的加速性与恶 化慢车时的工作条件。
10.1.1 起动过程
小结：
n1 ，涡轮开始发出功率；np，自持转速； n2，起动机脱开转速；ni，慢车转速。 n1 ＜np ＜n2＜ni