知识问答 | 发动机是怎么启动的?(Video Attached)

平日里关于发动机启动的知识仅限于知道需要通过APU来完成,如果APU故障的话就要看机场能否提供电气源车。网上虽然能找到很多关于发动机的资料,但大多数都是讲发动机原理的,讲这个知识点的很少。

这两天看到一个视频,把发动机启动这点事讲的很明白。视频不仅讲了原理和程序,最难得的是还结合了实景来讲解,我们来看一下。

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喷气式发动机的启动要比活塞发动机启动容易一些,步骤也相对简单:加入大量压缩空气和一定量燃油,点火之后,发动机就启动了。这里面的难点是如何加入足够的压缩空气。

想要了解喷气发动机是怎么启动的,就要知道它每个部分是怎么工作的。

喷气发动机的工作是通过是吸气、压缩、燃烧和排气这四个步骤完成的。我们以ERJ飞机的发动机为例,如下图:

外界空气通过进气道进入发动机,然后通过风扇后被压缩。对于ERJ飞机,发动机风扇是单级的,只有一排叶片。

发动机工作时,吸入的大部分空气通过风扇后就从发动机的外涵道流走了,这部分空气叫做旁通空气或外涵气流。外涵气流提供了发动机大部分的推力,并且还有冷却的作用(可用于空调、制冷等)。而剩下的一部分空气则进入了发动机的内涵道,参与发动机的燃烧做功,这部分空气叫内涵气流。

内涵气流进入发动机后经过十四级的压缩叶片被进一步压缩,所以到达压缩机末端的空气都是高压空气,并且由于被压缩的原因,这部分空气的温度很高。然后压缩空气经过扩散器后被减速,进入燃烧室与燃油混合,点火之后开始燃烧。

在喷气发动机中,空气和燃油在燃烧室混合后会一直燃烧,不像活塞发动机,做功的过程实际上是由一系列“爆炸”构成的,而不是持续的燃烧。

燃烧室内的燃油被点燃后,空气由于受热发生膨胀并通过涡轮叶片。ERJ的发动机有五级叶片。前两级称为高压涡轮,后三级称为低压涡轮。燃烧后的高压空气经过涡轮后使涡轮转动起来,而涡轮又会驱动与风扇和压缩机叶片相连的轴,让它们也跟着转动。

经过涡轮之后,热空气被排除发动机,同时还会产生一些推力。

所以简单来说,如果想启动涡扇发动机,就只需要转动压缩机将足够的空气压入扩散器和燃烧室就可以了。

但在具体细节上还有一点复杂。启动发动机时,在点火器工作之前,发动机的高压转子转速应达到最大转速的14%,也就是N2达到14%。在ERJ飞机的发动机中,100%的N2是16000RPM,所以发动机的高压转子需要在点火器工作之前达到2200RPM。

然后N2会继续加速到28.5%,大约是高于4500RPM,这个时候发动机才会供油,并被点火器点燃。刚开始供油时,燃油的流量大概是每小时200磅,也就是1/2加仑每分钟,所以需要大量的压缩空气进入燃烧室以供这些燃油燃烧。

那么问题来了,从哪里获取这么多压缩空气呢?一般来说对于民航客机,启动发动机时的压缩空气有三个来源。

先说第一个:APU(auxiliary power unit),辅助动力装置。

APU相当于一个小的涡轮发动机,通常位于飞机的尾部,可以为飞机提供压缩空气和电力。在地面时,APU为飞机的电力系统供电;在空中时,它的作用是补充压缩空气,并且作为备份的电力和动力装置。

在启动发动机时,APU可以将压缩空气传输给发动机以供它们启动。由于APU很小,它能够通过飞机上的电池启动。所以,通常情况下,当我们要启动飞机发动机时,首先要启动APU。

但是,如果APU故障了怎么办?要知道在平日里APU故障的可能性是相当高的。这个时候就要用第二种方法来获取压缩空气:气源车/桥载气源。

实际上气源车就是一个空气压缩机,在发动机启动时为其提供压缩空气。在国外气源车叫做Huffer cart,长这个样子。

现在很多机场的廊桥也可以提供桥接的电源和气源,可以起到同样的作用。

还有一种通过另一台正常运转的发动机来获取压缩空气的方法。涡轮发动机使用外涵气流为飞机的空调系统、防冰系统以及客舱增压系统提供空气。同样地,压缩空气可以从一台发动机传输到另一台,以供其启动使用。

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