無人機動力技術(shù)

（7）符長青博士航空渦輪軸發(fā)動機安全工作的范圍航空渦輪軸發(fā)動機只能在一定的飛行范圍內(nèi)穩(wěn)定、連續(xù)、安全地工作，如高度限制、溫度限制和轉(zhuǎn)速限制等。航空渦輪軸發(fā)動機控制的內(nèi)容1）燃油流量控制（1）功率控制：轉(zhuǎn)速控制、壓比控制、制動控制。（2）過渡控制：起動、加速和減速過程的控制及壓氣杌的防喘控制。（3）安全限制：當出現(xiàn)有超溫、超壓、超轉(zhuǎn)和超功率時啟用工作。2）空氣流量控制

3）間隙控制

控制高壓渦輪、低壓渦輪、高壓壓氣機的轉(zhuǎn)子葉片和機匣之間的間隙4）冷卻控制（1）燃、滑油溫度的管理。（2）以最少的引氣量，控制發(fā)動機部件的冷卻，提高發(fā)動機性能。航空渦輪軸發(fā)動機控制原理（1）1）閉環(huán)控制

閉環(huán)控制系統(tǒng)的被控對象的輸出量發(fā)動機轉(zhuǎn)速n就是控制器的輸入量，而控制器的輸出量qmf是被控對象的輸入量航空渦輪軸發(fā)動機控制原理（2）2）開環(huán)控制開環(huán)控制被控對象的輸出量是發(fā)動機的轉(zhuǎn)速n，控制器的輸入量是干擾量f；而控制器的輸出量是燃油流量qmf。所以控制器與發(fā)動機的關(guān)系以及信號傳遞的關(guān)系形成一個開路航空渦輪軸發(fā)動機控制原理（3）3）復合控制復合控制系統(tǒng)是開環(huán)和閉環(huán)控制的組合。這種控制系統(tǒng)兼有開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點，即控制及時（響應(yīng)快）又準確（精度高），工作穩(wěn)定，但控制器的結(jié)構(gòu)較復雜。航空渦輪軸發(fā)動機控制方式1）渦輪軸發(fā)動機燃油液壓機械控制方式液壓機械調(diào)節(jié)器組成部分包括燃油計量部分和計算部分。主要缺點是控制的變量有限，控制范圍窄；液壓組件有封嚴問題，運動件有磨損變形，控制精度低；可更改性差，維護、調(diào)整工作量大；結(jié)構(gòu)復雜、笨重等。2）全權(quán)限數(shù)字式控制方式全權(quán)限數(shù)字式控制（FADEC）是指充分利用電子式控制系統(tǒng)的能力來完成控制系統(tǒng)所要求的任務(wù)。FADEC除控制發(fā)動機的燃油系統(tǒng)外，還控制發(fā)動機的其他系統(tǒng)，包括起動系統(tǒng)、壓氣機氣流控制系統(tǒng)、主動間隙控制系統(tǒng)，以及燃油和滑油工作溫度控制系統(tǒng)等。全權(quán)限數(shù)字控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)全權(quán)限數(shù)字控制（FADEC）系統(tǒng)主要組成部件包括發(fā)動機電子控制器（EEC），為EEC提供輸入信號的傳感器和線束，EEC的輸出線束和EEC所驅(qū)動的馬達、電磁閥等。全權(quán)限數(shù)字控制系統(tǒng)的功能（1）自動起動發(fā)動機，能在飛行中重新點火。（2）保證發(fā)動機良好加速，能防止使用中出現(xiàn)超轉(zhuǎn)、超溫、超扭及喘振等（3）可實現(xiàn)復雜的調(diào)節(jié)規(guī)律，并控制燃油量。（4）中控制壓氣機可變幾何參數(shù)（即進口導向葉片角度）系統(tǒng)。（5）顯示動力渦輪速轉(zhuǎn)，并使其轉(zhuǎn)速在所有工作狀態(tài)下始終自動保持恒定（6）可中斷動力渦輪工作。（7）保持燃氣發(fā)生器渦輪最大轉(zhuǎn)速不變，以便能獲得最大可用功率。（8）當安裝雙臺發(fā)動機時，能自動消除兩臺發(fā)動機之間的轉(zhuǎn)速差。（9）當一臺發(fā)動機出故障時，能自動加大另一臺的功率。（10）在正?？刂葡到y(tǒng)失靈時，可通過操縱應(yīng)急停車把手應(yīng)急關(guān)停發(fā)動機（11）在飛行期間也能對“發(fā)動機/調(diào)節(jié)系統(tǒng)”組件執(zhí)行運行監(jiān)控。（12）在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)下控制發(fā)動機工作，使其不超出安全極限。（13）在地面，還可用作確定故障，方便維修。航空燃油的種類（1）航空汽油：用作航空活塞式發(fā)動機的燃料。任何類型的航空汽油都是由原油經(jīng)過分餾后得到的碳氫傾倒物，其特點是蒸發(fā)性能好、易燃、性質(zhì)穩(wěn)定、結(jié)晶點低和不腐蝕發(fā)動機零件。（2）航空煤油：用作航空燃氣渦輪發(fā)動機的燃料。其特點是比汽油具有更大的熱值，價格低，使用安全。航空汽油的性能指標航空汽油是石油的直餾產(chǎn)品和二次加工產(chǎn)品與各種添加劑混合而成的。1）辛烷值辛烷值是指與汽油的抗爆性相當?shù)臉藴嗜剂现兴愋镣榈陌俜謹?shù)。為提高辛烷值，可往汽油中加入含有抗爆劑，如四乙基鉛的乙基液。2）品度值品度值指的是以富油混合氣工作時發(fā)出的最大功率（超過這一功率便出現(xiàn)爆震）與工業(yè)異辛烷所發(fā)出的最大功率之比，用百分數(shù)表示。航空煤油的類型航空煤油是航空燃氣渦輪發(fā)動機廣泛使用的石油烴燃料：芳香烴含量在20%以下（其中雙環(huán)芳烴含量不超過3%），烯烴含量在2%~3%以下，正構(gòu)烷烴含量用燃油結(jié)晶點不高于－50℃~60℃來限制。（1）寬餾分型（沸點范圍60~280°C）。（2）煤油型（沸點范圍150~280°C），高閃點航空煤油的

初沸點可提高到165~175°C。（3）重餾分型（沸點范圍195~315°C）。燃油系統(tǒng)主要部件1）油泵（1）按油泵壓力劃分①低壓燃油泵②高壓燃油泵（2）按油泵結(jié)構(gòu)形式劃分①齒輪燃油泵②柱塞燃油泵③離心燃油泵2）油濾（1）細油濾（2）粗油濾3）燃油加熱裝置4）燃油控制器航空發(fā)動機滑油的類型（1）礦物質(zhì)滑油

礦物質(zhì)滑油是從石油中提取出來的，一般用于航空活塞式發(fā)動機中。（2）人工合成滑油人工合成滑油從石油、植物油以及動物油中提煉出來經(jīng)人工合成的，主要用于渦輪軸發(fā)動機中。人工合成滑油的優(yōu)點是不易沉淀而且高溫下不易蒸發(fā)，抗氧化，抗泡沫。它的缺點是不管濺到什么地方，都可能產(chǎn)生氣泡和掉漆。合成滑油有添加劑，易被皮膚吸收，有高毒性，應(yīng)避免長時間暴露和接觸皮膚。航空發(fā)動機滑油的性能指標（1）黏度：黏度表征流體反抗切向力的能力。（2）黏度指數(shù)：一般用50℃時的滑油運動黏度與100℃時的滑油運動黏度的比值來表示。（3）凝點：在給定條件下滑油開始完全失去流動性時的溫度稱為凝點（4）燃點：會產(chǎn)生足夠的可燃滑油蒸汽引起燃燒的最低溫度稱為燃點（5）閃點：滑油遇到外界明火時產(chǎn)生瞬間火花，但不能維持燃燒的溫度稱為滑油的閃點。（6）殘?zhí)苛浚簹執(zhí)恐亓空既踊椭亓康陌俜謹?shù)。（7）抗氧化性和抗泡沫性：在高溫下，滑油易氧化成膠狀物沉淀堵塞油路，所以發(fā)動機中所使用的滑油必須具有良好的抗氧化性。滑油系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1）存儲系統(tǒng)：

滑油箱組件，用于滑油的存儲。2）分配系統(tǒng)：

（1）供油系統(tǒng)：把一定壓力、一定量的滑油送到需要潤滑

的區(qū)域，如軸承腔、附件齒輪箱等。（2）回油系統(tǒng)：把潤滑后的滑油盡可能快地送回滑油箱。（3）通風系統(tǒng)：通風系統(tǒng)把軸承腔、滑油箱和附件齒輪箱

連在一起，然后經(jīng)過油氣分離裝置與外界大氣連通，

多的空氣從發(fā)動機內(nèi)部排出來，并把空氣中的滑油分

離出來而留在發(fā)動機內(nèi)部，從而減少滑油消耗量。3）指示系統(tǒng)：

用于指示和監(jiān)控滑油系統(tǒng)的工作情況?；拖到y(tǒng)的類型1）濕槽系統(tǒng)和干槽系統(tǒng)

沒有專門的滑油箱，而是把滑油放在附件齒輪箱內(nèi)，靠飛濺潤滑。2）再循環(huán)式滑油系統(tǒng)和全耗式滑油系統(tǒng)

滑油經(jīng)過增壓過濾后分別送到各軸承腔和齒輪箱需要潤滑的部分，再

經(jīng)過回油系統(tǒng)返回滑油箱3）調(diào)壓式和全流式滑油系統(tǒng)（1）調(diào)壓式滑油系統(tǒng)：在供油路設(shè)置調(diào)壓閥控制供油壓力，當油壓大于設(shè)計值時，此閥門打開，把多余的滑油送回到滑油箱或油泵的進口，保證滑油量和供油壓力限制在某一恒定的范圍內(nèi)。（2）全流式滑油系統(tǒng)：在油泵后設(shè)置釋壓閥，釋壓閥打開的壓力要遠大于系統(tǒng)正常工作時的最大滑油壓力，正常情況下，此閥門不打開。一般在天氣很冷時，發(fā)動機起動或油路發(fā)生堵塞時此閥門才可能打開，起到保護作用?；拖到y(tǒng)的主要部件1）滑油箱2）滑油泵（1）供油泵（2）回油泵3）滑油濾

4）磁屑探測器5）滑油散熱器（1）燃油/滑油熱交換器（2）空氣/滑油散熱器6）油氣分離器航空渦輪軸發(fā)動機起動點火過程起動過程是由發(fā)動機控制系統(tǒng)自動控制的，其起動、點火按順序緊密配合工作，一氣呵成：1）第一階段（點火階段）2）第二階段（發(fā)功階段）3）第三階段（慢車階段）渦輪軸發(fā)動機起動系統(tǒng)（1）1）電動起動機：一般采用直流電動機，通過減速器、棘爪離合器與發(fā)動機轉(zhuǎn)子連接，發(fā)動機需要起動時，由機上電瓶或地面電源車向起動機供給24V直流電，驅(qū)使直流電動機轉(zhuǎn)動，從而輸出扭矩，帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。渦輪軸發(fā)動機起動系統(tǒng)（2）2）空氣渦輪起動機：利用氣源提供的壓縮空氣沖擊空氣渦輪轉(zhuǎn)動，從而輸出扭矩。氣源可以來自地面氣源車或已起動的發(fā)動機壓氣機引氣。與電動起動機相比，空氣渦輪起動機產(chǎn)生的功率很大，但重量輕，結(jié)構(gòu)簡單、使用經(jīng)濟渦輪軸發(fā)動機起動系統(tǒng)（3）3）燃氣渦輪起動機：燃氣渦輪起動機實際上是一臺完整的小型渦輪軸發(fā)動機，優(yōu)點是起動功率大，不依賴地面電源，可以多次重復使用。缺點是結(jié)構(gòu)復雜。渦輪軸發(fā)動機起動點火裝置（1）

（1）低壓直流斷續(xù)器式點火激勵器：由斷續(xù)器機構(gòu)、感應(yīng)線圈、高壓整流器、儲能電容器、扼流線圈、放電間隙、放電電阻和安全電阻等組成。渦輪軸發(fā)動機起動點火裝置（2）（2）低壓直流晶體管式點火激勵器：在晶體管脈沖發(fā)生器的電路中，利用三極管的開關(guān)作用而產(chǎn)生自激振蕩，再通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生脈沖高壓電。渦輪軸發(fā)動機起動點火裝置（3）（3）高壓交流點火激勵器：由變壓器、整流器、儲能電容器、放電間隙、扼流圈、放電電阻、安全電阻和電嘴等組成。渦輪軸發(fā)動機起動點火裝置（4）（4）空氣間隙式點火電嘴：在中央電極和接地極之間是絕緣材料，要借強電場使此間隙的空氣電離而導通，一般在25000V左右，稱為高壓點火電嘴，它要求整個高壓系統(tǒng)的絕緣性要好。渦輪軸發(fā)動機起動點火裝置（5）（5）分路表面放電式點火電嘴：在電嘴端部中央電極和殼體（接地極）之間是一種半導體材料。點火激勵器產(chǎn)生的高壓電經(jīng)中央電極、半導體到接地極進行放電，放電是沿半導體表面進行的。所加電壓一般在2000V左右，以保證產(chǎn)生的熱量要大于因輻射、對流、傳導而失去的能量，這種電嘴也叫低壓點火電嘴。渦輪軸發(fā)動機附件傳動裝置的組成附件傳動裝置一般由中心傳動裝置和外部傳動裝置兩部分組成：

（1）中心傳動裝置;（2）外部傳動裝置發(fā)動機附件傳動裝置設(shè)計安裝要求（1）附件傳動裝置的設(shè)計安裝要滿足各種附件對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、傳動功率、安裝位置及密封等要求。（2）附件傳動裝置的安裝位置應(yīng)具有較好的可達性，便于接近進行維護、調(diào)整和更換。（3）附件應(yīng)集中在一個或幾個傳動機匣上，這樣結(jié)構(gòu)可簡化，裝拆容易。（4）附件的外廓尺寸盡量小，力求不增加或少增加發(fā)動機的迎風面積。故常將附件安裝在發(fā)動機直徑最小的地方，或者裝在發(fā)動機頭部整流罩內(nèi)或后部整流錐內(nèi)。（5）附件應(yīng)盡量靠近服務(wù)對象，以縮短管路，減輕重量，提高工作靈敏度。（6）附件位置應(yīng)遠離高溫區(qū)。恒速傳動裝置的基本概念大中型旋翼飛行器所采用的電源均為400Hz、115伏的交流電。由于機載電子設(shè)備對電源的電壓和頻率有嚴格的要求，而交流電的質(zhì)量取決于其頻率的恒定，因此，交流發(fā)電機是以恒定的6000r/min或8000r/min的轉(zhuǎn)速工作。有三種工作狀態(tài)：（1）增速傳動狀態(tài)（2）減速傳動狀態(tài)（3）直接傳動狀態(tài)恒速傳動裝置的組成典型的恒速傳動裝置，由差動齒輪傳動機構(gòu)、可變液壓組件和固定液壓組件三部分組成。恒速傳動裝置的工作原理當輸入轉(zhuǎn)速小于直接傳動轉(zhuǎn)速時，恒速傳動裝置在增速狀態(tài)下工作。可變液壓組件打來的高壓油推動固定液壓組件的柱塞轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動，帶動輸入環(huán)形齒輪逆時針轉(zhuǎn)動。此時輸入環(huán)型齒輪的差動方向與齒輪托架的轉(zhuǎn)向相反，給輸入轉(zhuǎn)速以增補，使輸出轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值。

當輸入轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時，需要增補的轉(zhuǎn)速減少，由可變液壓組件來的供油量亦減少，使固定液壓組件柱塞轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速減小，使輸入環(huán)型齒輪的差動轉(zhuǎn)速減小，繼續(xù)保持輸出轉(zhuǎn)速不變。雙速傳動裝置的組成（1）為了減少渦輪軸發(fā)動機附件的數(shù)目，減輕重量，將起動機與發(fā)電機作為一體。發(fā)動機起動時作為直流電動機，起動后作為發(fā)電