第11章輔助動(dòng)力裝置

第11.1節(jié)概述第11.2節(jié)主要工作系統(tǒng)第11.3節(jié)典型的輔助動(dòng)力裝置第11.1節(jié)概述11.1.1輔助動(dòng)力裝置的功用

輔助動(dòng)力裝置（AuxiliaryPowerUnit，簡(jiǎn)稱APU）是裝在飛機(jī)上的一套不依賴于機(jī)外任何能源、自成獨(dú)立體系的小型動(dòng)力裝置。其功用是在地面為飛機(jī)提供電源和氣源，用于向飛機(jī)電網(wǎng)供電、起動(dòng)主發(fā)動(dòng)機(jī)以及向飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)提供壓縮空氣。在空中提供備用電源和氣源，即，飛機(jī)爬升到一定高度后，輔助動(dòng)力裝置即自動(dòng)停車，但是當(dāng)飛機(jī)在飛行過程中遇到發(fā)動(dòng)機(jī)停車故障時(shí)，輔助動(dòng)力裝置可重新起動(dòng)作為應(yīng)急動(dòng)力源，為飛機(jī)提供電源和氣源（超過一定高度后，僅能提供電源）。

輔助動(dòng)力裝置一般安裝在飛機(jī)機(jī)身尾部非增壓艙內(nèi)，位于方向舵的下面。由防火墻將APU短艙與機(jī)體和水平尾翼分隔開。輔助動(dòng)力裝置發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和控制系統(tǒng)是完全自動(dòng)的，控制電門和指示儀表分別裝在駕駛艙和輪艙APU地面控制面板上。APU起動(dòng)只能在駕駛艙內(nèi)進(jìn)行，但停車可以在駕駛艙和輪艙APU地面控制面板上進(jìn)行。11.1.2輔助動(dòng)力裝置的組成輔助動(dòng)力裝置主要由小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、附件齒輪箱和供氣系統(tǒng)等組成。為形象說明APU的本體結(jié)構(gòu)和工作系統(tǒng)，以下主要依據(jù)B737飛機(jī)的APU（GTCP85）進(jìn)行闡述。一、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)輔助動(dòng)力裝置的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，多采用離心式壓氣機(jī)、環(huán)形燃燒室和徑向式渦輪，如圖11-1所示。這樣雖然使流動(dòng)損失較大，但可以縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向尺寸，構(gòu)造簡(jiǎn)單。噴管為固定面積的簡(jiǎn)單噴管，其上裝有溫度控制器和熱電偶的安裝孔。當(dāng)然它還具有必要的工作系統(tǒng)，例如燃油、滑油、空氣、控制、指示等系統(tǒng)。圖11-1輔助動(dòng)力裝置二、附件齒輪箱附件齒輪箱安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)機(jī)匣前部的安裝座上。在它的附件傳動(dòng)齒輪箱上裝有交流發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、燃油泵、滑油泵、轉(zhuǎn)速表發(fā)電機(jī)、電子轉(zhuǎn)速電門、冷卻風(fēng)扇等。電子轉(zhuǎn)速電門的功用是控制APU的起動(dòng)和點(diǎn)火，控制工作程序和超轉(zhuǎn)保護(hù)電路。APU發(fā)動(dòng)機(jī)僅在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)下工作，即恒定的工作轉(zhuǎn)速，由APU驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)沒有恒速傳動(dòng)裝置，因此，它是個(gè)變頻系統(tǒng)。三、供氣系統(tǒng)（空氣負(fù)荷控制系統(tǒng)）供氣系統(tǒng)用來向飛機(jī)供應(yīng)所需的空氣，并控制向飛機(jī)輸出的氣動(dòng)功率，使排氣溫度不致超過正常安全數(shù)值。該系統(tǒng)使輔助動(dòng)力裝置發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在95%以下時(shí)不供氣，超過95%時(shí)能自動(dòng)供氣，當(dāng)排氣溫度過高時(shí)，自動(dòng)減少供氣量，使排氣溫度不超過規(guī)定值。第11.2節(jié)主要工作系統(tǒng)11.2.1滑油系統(tǒng)

APU內(nèi)部的所有軸承及齒輪的潤(rùn)滑由自已的滑油系統(tǒng)完成。系統(tǒng)包括滑油箱、滑油濾、滑油泵（進(jìn)油泵和回油泵）、滑油冷卻器、磁性金屬屑探測(cè)器、滑油噴嘴和管路等。由指示燈和儀表進(jìn)行系統(tǒng)工作的監(jiān)控，如圖11-2所示?；屠鋮s器由齒輪箱傳動(dòng)的風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，所用滑油與主發(fā)動(dòng)機(jī)使用的相同。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子前、后軸承采用壓力潤(rùn)滑，齒輪箱內(nèi)的軸承和齒輪采用潑濺潤(rùn)滑。

滑油系統(tǒng)的工作是，輔助動(dòng)力裝置起動(dòng)后，滑油泵將滑油箱內(nèi)的滑油抽出，經(jīng)過滑油濾，分成兩路進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，一路流到附件齒輪箱，潤(rùn)滑齒輪箱內(nèi)的所有齒輪和軸承，另一路到壓氣機(jī)和渦輪的軸承，潤(rùn)滑后的滑油由回油泵抽回，經(jīng)滑油冷卻器回到滑油箱。圖11-2APU的滑油系統(tǒng)11.2.2燃油系統(tǒng)

APU燃油來自飛機(jī)油箱，由燃油控制組件調(diào)節(jié)。該組件負(fù)責(zé)起動(dòng)、加速和穩(wěn)態(tài)的燃油流量供給，并保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作在要求的轉(zhuǎn)速下。燃油系統(tǒng)有燃油泵、燃油加熱器、燃油濾以及用于燃油通/斷的電磁活門等。參見11-1。所需燃油流量由感受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、壓氣機(jī)出口壓力、渦輪排氣溫度和燃油壓力的自動(dòng)裝置—燃油控制組件調(diào)節(jié)。11.2.3起動(dòng)和點(diǎn)火系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)由飛機(jī)電瓶供電的電動(dòng)起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在有的機(jī)型中，由獨(dú)立的APU起動(dòng)機(jī)電瓶供電。點(diǎn)火系統(tǒng)為高能點(diǎn)火，通過電子轉(zhuǎn)速電門控制。

APU的起動(dòng)控制系統(tǒng)是完全自動(dòng)的，如前所述，起動(dòng)只能在駕駛艙內(nèi)進(jìn)行操縱。起動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)的主要附件有：起動(dòng)機(jī)、電子轉(zhuǎn)速電門、點(diǎn)火器、電嘴和操縱電門和指示器等。

APU的起動(dòng)機(jī)是電動(dòng)起動(dòng)機(jī)，其電源為24伏直流電，由飛機(jī)電瓶或地面電源車供電。電子轉(zhuǎn)速電門的功用是在起動(dòng)時(shí)按一定的程序進(jìn)行電路的自動(dòng)控制。

電子轉(zhuǎn)速電門有三個(gè)特征控制轉(zhuǎn)速，所以也稱為三速電門。第一個(gè)特征轉(zhuǎn)速為電動(dòng)起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速（一般數(shù)值為35％～50％），APU起動(dòng)過程中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速達(dá)到該轉(zhuǎn)速時(shí)，電子轉(zhuǎn)速電門使電動(dòng)起動(dòng)機(jī)自動(dòng)脫開；第二個(gè)特征轉(zhuǎn)速為APU工作控制轉(zhuǎn)速（一般數(shù)值為95％），當(dāng)APU達(dá)到該轉(zhuǎn)速時(shí)，電子轉(zhuǎn)速電門自動(dòng)斷開點(diǎn)火電路，APU達(dá)到由燃油控制器控制的穩(wěn)定工作狀態(tài)（100％），可進(jìn)行引氣和供電；第三個(gè)特征轉(zhuǎn)速為超轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)速（一般數(shù)值為110％），在正常情況下，APU的轉(zhuǎn)速只有100%，不可能達(dá)到110%，因此，該電子電門通常是不工作的。只有在燃油控制組件失效，或進(jìn)行110%電門試驗(yàn)，即超轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，APU的轉(zhuǎn)速才有可能達(dá)到110%，使電路斷開，APU停車。APU起動(dòng)程序是通過飛機(jī)駕駛艙內(nèi)APU控制面板上的主控電門進(jìn)行的。當(dāng)電門置于起動(dòng)位時(shí)，進(jìn)氣門打開，直流電動(dòng)起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)到燃油和點(diǎn)火系統(tǒng)能夠投入工作的轉(zhuǎn)速，點(diǎn)火后發(fā)動(dòng)機(jī)加速達(dá)到第一特征轉(zhuǎn)速時(shí)，起動(dòng)機(jī)被電子轉(zhuǎn)速電門自動(dòng)斷開，起動(dòng)機(jī)停止工作。發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速至第二特征轉(zhuǎn)速時(shí)，電子轉(zhuǎn)速電門斷開點(diǎn)火電路。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)（100%轉(zhuǎn)速）以后，APU可以進(jìn)行供電和供氣。11.2.4控制和指示

APU起動(dòng)、停車和正常工作所必需的電門、警告燈和指示儀表在駕駛艙的控制面板上以及輪艙APU地面控制面板上。通常只采用駕駛艙控制面板起動(dòng)APU，但APU停車從這兩個(gè)面板均可完成。

APU工作監(jiān)視有排氣溫度表，電流表。使用時(shí)間指示器（小時(shí)表）記錄已連續(xù)使用的小時(shí)數(shù)。11.2.5保護(hù)系統(tǒng)如果APU控制轉(zhuǎn)速達(dá)到第三特征轉(zhuǎn)速（110％）時(shí)，電子轉(zhuǎn)速電門觸發(fā)超轉(zhuǎn)感應(yīng)電路，自動(dòng)切斷向燃燒室的供油，使APU停車，此即超轉(zhuǎn)停車；如果滑油壓力低于最小允許值，由滑油壓力電門使APU自動(dòng)停車；如果滑油溫度高于允許值，由滑油溫度電門使APU自動(dòng)停車；APU有火警探測(cè)系統(tǒng)和滅火瓶，著火情況下，探測(cè)系統(tǒng)除了作動(dòng)警告燈和警鈴?fù)膺€可以自動(dòng)使APU停車。第11.3節(jié)典型的輔助動(dòng)力裝置

B737飛機(jī)的輔助動(dòng)力裝置是GTCP85，它的特點(diǎn)是采用了雙級(jí)離心式壓氣機(jī)（第一級(jí)為雙面葉輪，第二級(jí)為單面葉輪），單級(jí)徑向式渦輪，一個(gè)單罐燃燒室垂直于轉(zhuǎn)子軸線安裝，如圖11-3所示?？梢酝瑫r(shí)輸出壓縮空氣和交流電。圖11-3B737的輔助動(dòng)力裝置（GTCP85）A-輸出軸；B-進(jìn)氣室；C-第一級(jí)壓氣機(jī)；D-輸氣彎管；E-第二級(jí)壓氣機(jī)；F-葉片式擴(kuò)壓器；G-渦輪外集氣室；H-引氣活門；J-噴嘴；K-電嘴；L-燃燒罐；M-蝸形集氣環(huán)；N-渦輪導(dǎo)向器；O-渦輪

空氣由進(jìn)氣室B經(jīng)第一級(jí)雙面離心式壓氣機(jī)C增壓后，由7個(gè)輸氣彎管D流至第二級(jí)離心式壓氣機(jī)E，然后經(jīng)葉片式擴(kuò)壓器F流入渦輪外集氣室G內(nèi)，此后，大部分空氣流入燃燒罐L內(nèi)燃燒，少部分由帶有負(fù)荷控制活門的放氣口H輸往飛機(jī)。進(jìn)入燃燒罐的空氣與由噴嘴J噴入的燃油混合后被電嘴K點(diǎn)燃燃燒，燃燒后的燃?xì)饬魅胛佇渭瘹猸h(huán)M，通過渦輪徑向?qū)Я髌鱊流入徑向渦輪O作功，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)并通過減速器驅(qū)動(dòng)輸出軸A。在壓氣機(jī)前的附件機(jī)匣上除裝有供它本身工作所需的燃油泵與調(diào)節(jié)器、滑油泵、起動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)速表、冷卻風(fēng)扇等附件外，還裝有供飛機(jī)用的交流發(fā)電機(jī)。GTCP85主要用來提供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)及飛機(jī)座艙空調(diào)系統(tǒng)所需的壓縮空氣。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)或地面電源未向飛機(jī)電網(wǎng)供電時(shí)，它還可作為輔助電源供給飛機(jī)交流電。當(dāng)飛機(jī)爬升到122米高度以后再過38秒，它即自動(dòng)停車；飛機(jī)下降時(shí)，當(dāng)高度降到3000米以下、空速低于500公里/小時(shí)時(shí)，可以再次起動(dòng)工作。

圖11-4所示為波音747飛機(jī)的輔助動(dòng)力裝置GTCP660-4，它屬于大型的輔助動(dòng)力裝置，為單轉(zhuǎn)子燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。圖11-4