燃气涡轮发动机(第二版)第7章

间隙表面的空气电离的作用，
使电嘴导通。
表面放电式 点火系统工作时，高能点
火器的高压电通过高压导线
输至电嘴，中心电极上的高 压电击通过中心电极和地极 间的半导体进行放电，半导 体表面产生较大的电流，随 后产生热游离现象，从而在 中央极和地极之间，沿其表 面产生电弧放电。
7.2.2 发动机点火控制及熄火保护
慢车转速ni：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。 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，会影响发动机的加速性与恶化慢车时的工作条件
启动保护：启动过热保护、湿启动保护、失速保护、 掉转超温保护
7.2
7.2.1
作用 产生电花，点燃混合气。
复合点火器
具有双电源输入和双能量输出。
交 流 点 火 器
该系统由交流电源提供115伏400赫芝交流电。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。
2. 点火导线 有的点火导线是整段同样结构，有的分冷段和热段
3.电嘴
点火电嘴 功用：产生电火花，点燃混合气。
分类：

结构 晶体管式直流点火器 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。
寿命长、 尺寸小、 重量轻。
结构 交流点火器 工作情况： 通电→低压交流电经变压器产生高压交流电→整流器整
流→储能电容充电→电容器中的电压升高到能击穿放电间隙
的击穿值时→储能电容器储存的能量经扼流圈→向点火电嘴 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。同直流点火器一样，在交流点火器中也装有放 电电阻和安全电阻。
容器充电。
储能电容：用来充电，积蓄电荷，储存电能。当电容器中 的电压等于放电间隙的击穿值时，能量经点火电嘴放电。
放电电阻：用来限制储能电容的最大储能值，并保证电容
器中存储的电能能在点火系统断开一分钟内，全部释放掉， 保证维修人员的安全。
轭流圈：用以延长放电时间。
安全电阻：限制储能电容器的最高电压，保证在高压线断 路或绝缘的情况下，点火系统的安全工作。当电路开路时， 接地，使电容器中的剩余电荷放掉，以保证安全
气体放电电嘴：高电压击穿空气产生电火花； 半导体电嘴：半导体温度升高,电阻下降；
电蚀电嘴：低电压下银离子电离,表面电火花。
目前航空燃气涡轮发动机上所用的电嘴有两 种： 间隙电离式 气隙式
气隙式 点火系统工作时，高能点 火器的高压电通过高压导线 输至电嘴，中心电极上的高 压电击穿中心电极和地极间 的绝缘材料，从而表面产生 空气电离作用，即借电场使
燃气涡轮发动机（第二版）
第7章发动机 启动和点火 系统
7.1 启动系统
7.1.1 启动系统的组成及工作
概述: 航空燃气涡轮发动机的结构和循环过程，决定了它不能象汽车发动机 那样自主的点火起动。
在静止的发动机中直接喷油点火，压气机没有旋转，前面空气没有压
力，就不能使燃气向后流动，也就无法使涡轮转动起来，这样会烧毁燃 烧室和涡轮导向叶片。
起动系统也应能单独工作：
干冷转：不供油, 也不点火，仅由起动机带动发动机转 子转动。作用是排除积油, 积液, 以保证发动机能正常起动。 假起动（湿冷转）：假起动是只供油, 不点火。由起动
机带动发动机转子达到一定转速。一般在更换燃油调节器后、
排除燃油调节器的故障后和燃油系统放气后等，用于发动机 燃油系统检查和给燃油系统排气。
电 动 起 动 机
2. 冲击启动
3. 空气启动
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
（APU）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。 •缺点：需要外界气源，不能 单独起动发动机。
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。 常见有：不点火、热起动、起动超温、转速悬挂等。
1.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
起动时, 燃 气涡轮起动机 由自身的电动 起动机带动,直 到脱开转速,起 动和点火系统 断开为止.
7.1.3
发动机启动过程控制和启动保护
涡轮喷气发 动机的启动 过程由发动 机控制系统 自动控制， 使起动、点 火按顺序配 合工作。
启动过程
使发动机转子的转速由零增加到慢车转速的过程，我们称之 为启动过程。 根据发动机启动过程中，带动转子转动的扭矩与转子阻力矩 的变化情况，可以将启动过程分为三个阶段：
当MT ＝Mf时，n＝np叫自持转速，这时 Ma＝Ms
当n<np时，MT <Mf，仅有涡轮不能带动发动机转子 当n>np时,MT >Mf，但这时仍不能脱开起动机
当n＝(1.2～2.0) np时， 可以脱开起动机
第三阶段（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
使点火系统工作的开关来完成。
如果发动机空中熄火，转子转速不够，仍然需要起动机帮忙，则启动 程序同地面启动一样。

空中起动
ü再点火
ü给出了发动机获得满意 的再点火情况的飞行条件 •在包线限制之内，流过 发动机的空气流将转动 压气机以一满意再点火 的转速工作
7.3 常见故障及维护安全要求
7.3.1 常见故障
ü 采用高能点火装置：即点火电嘴放电量大，电压高。之所
以选高能，是因为燃烧室油气混合物很难点燃，尤其高空
熄火后更难点燃。但在做维护工作时，此装置需等放电后 再维护。
ü 装备双套系统，即两个变压器、两个电火激励器、两根高
压导线、两根中间导线、两个电嘴 ü 两套点火系统可单独工作，也可共同工作。空中起动时，
1. 点火激励器
分类：根据使用的低 压电源不同，高能点 火器分为直流点火器 和交流点火器两种。 直流高能 点火器 断续器式：
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
结构 断续器式直流点火器 感应线圈：由断续器机构操作，通过高压整流器给储能电
为了保证成功，通常两套点火系统都工作。
ü 点火器的输出既有高能（高值）输出又有低能（低值）输 出，所以是复合点火系统。 ü 在地面，空中起动时两个电嘴同时工作；在起飞，着陆或 恶劣天气或在不稳定的气流中飞行时，一个电嘴工作。
空中起动 ü发动机空中停车的处置措施：
•控制飞机的姿态、方向和高度；
•判定失效发动机 •完成发动机的空中停车程序并向地面报告 •判定发动机失效原因：失火后停车发动机和伴有严重损坏Fra bibliotek点火系统
发动机点火系统的组成
①发动机起动时提供高能点火，包括地面起动和空中起动； ②起飞、着陆和遇到恶劣天气下，提供连续点火。 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；
及异响的发动机不能进行空中起动；因燃油管理错误，进 入颠簸气流后熄火等失效的发动机可进行空中起动
•飞行高度和速度在飞行包线内 •平飞
•完成起动准备
•按程序起动发动机
空中起动 ü特点： –起动剩余功率大 – 着火困难 – EGT限制值高 – 受高度和速度限制 ü再点火 发动机再点火的能力与依据飞机的高度和飞行速度有关，根据此得到再 点火包线。 如果有燃油供应的话，余下要做的事就是使点火系统工作，这由一个
所以，燃气涡轮发动机的起动特点就是：先要气流动，再点火燃烧，
也即是发动机必须要先旋转，再起动。这就是矛盾，发动还没起动，还 没点火，却要它先转动。
根据这个起动特点，就必须在点火燃烧前先由其他能源来带动发动机
旋转。
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压气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。
燃烧产生的高温高压燃气带动涡轮转动，此时，压气机在起动机 和涡轮的共同作用下不断加速，当转速达到一定值时，起动机退 出工作。 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。
单独工作 点火系统能单独工作，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；
7.1.2 常见启动方法 1.电启动 一般采用直流电动机作为电动起动机。由于起动后电动机 成为无用的重量，所以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。
•优点：使用、维护方便，尺寸小，易使起动过程自动化。 •缺点：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。 •应用：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。
起动活门：控制压
力空气是否能送到起 动机。 它是一个电控、气 动作动的活门。 装在起动机的供气 管路上，位于起动机 的上游，在驾驶舱内 由起动电门控制起动 活门的开关。
4.燃气涡轮发动机启动
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：起动功率大、不依赖地面电源、可以多次重复使用。 •缺点：结构复杂。
（1）由起动机开始带动发动机压气机转子转动起,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,压气机转子 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。
第一阶段（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－Mf。 发动机转子的转速变化为:n＝0→n＝n1，一般来说， n1＝（0.08-0.12）nmax。 当n＝n1时，起动燃油系统开始供油， 点火，燃油燃烧，涡轮开始发出功率 。
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。 2.热起动：在起动过程中，EGT上升较快有超温的趋势。 3. 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。
（4）选择防冰时，提供连续低值电能。
结构 ü电源
ü点火激励器：把低压电转换成高压电。点火装置一般按能量 核定，常见的有两种： •低能量：大约3~6焦耳。 •高能量：一般为10~20焦耳。 ü点火导线：点火激励器把高压电通过点火导线送到点火电嘴。 ü点火电嘴：安装在燃烧室内，放电产生电火花，点燃燃烧室 内的油气混合物。
发动机获得的加速力矩为：Ma＝MT －Mf
涡轮转子单独带动发动机转子加速：n＝n2→n＝ni，而
对于涡喷和涡扇发动机： ni＝(0.24～0.4) nmax;
对于涡桨发动机： ni＝(0.6～0.7) nmax;
np<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； n>ni当后，在任一转速下，均能使发动机能稳定工作。
第二阶段（由涡轮开始发出功率时起（n=n 1 ），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：Ma＝Ms+ MT －Mf 发动机转子的转速变化为：n＝ n1 →n＝n2，而： 对于涡喷和涡扇发动机 n2＝（0.2-0.3）nmax 对于涡桨发动机 n2＝（0.3-0.35）nmax