飞机辅助动力装置起动电气系统技术研究

王敏 中航飞机股份有限公司

一、辅助动力装置起动原理

航空领域之中，飞机发动机的结构及工作过程决定了其性质不能够像汽车发动机一样可以自主点火起动。飞机发动机在静止的过程中不可直接进行喷油点火，发动机的压气机不进行自主旋转，其前方就不能产生空气压力，燃气不能够向后方流动，涡轮无法旋转，点火会导致涡轮叶片或是燃烧室被烧毁。所以飞机发动机的特点是需要先将气流流动起来再进行点火燃烧，也就是说压气机首先需要进行旋转，之后再起动，这样就构成了前后矛盾。矛盾就是发动机在未起动之前，还没有进行点火做功，压气机却需要先转动起来，这就需要寻找其他能源来带转压气机叶片进行旋转，即需要APU 带转。

APU 亦是一种小型飞机发动机，由APU 起动电机即可带转，机上蓄电池为起动电机供电进行旋转，而APU 达到了转速之后就能够喷油燃烧，此过程是将飞机燃料之中的化学能转变为了涡轮旋转过程中的机械能，接下来涡轮带转压气机将机械能又转变为了空气的压力能，带转发电机转化为电能，APU 进入到了稳定工作的阶段后，即可为机上供气、供电。APU 与飞机发动机的起动工作原理及工作过程是相似的，但二者最终的目的有着极大的区别。首先，发动机是用来产生推力的，APU则是用来为飞机的供电系统提供交直流电源、为起动发动机和环控系统提供气源，相当于飞机的辅助电源、气源系统。所以根据不同的需求，APU 需要使涡轮尽可能多地将产生机械转化为带动压气机产生的空气压力能、带动发电机转化的电能。

二、辅助动力装置起动电气系统构型

以下介绍飞机辅助动力装置起动电气系统的两种典型构型以及在该构型下的辅助动力装置起动电气系统原理：

第一种构型是APU 起动机和发电机两者结合在一起，这种合二为一的设计方式有其合理之处，APU 在起动时作为起动机，采用三相交流起动机的工作原理，当APU 的转速达到了95%以上时，APU 的起动完成，起动机转发电机状态，这时可以进行加载电载荷。第一种构型电气原理图见图1。

第二种构型是APU 起动机采用有刷直流起动机，APU 控制板控制APU 给APUECB 供电，而当磁场相互作用产生了连续的转矩时，控制电子转相电路换相，会有专门的APU 交流发电机为飞机系统来提供交流电。第二种构型电气原理图见图2。

图2 构型二电气原理图

三、辅助动力装置起动电气系统电机

当前飞机辅助动力装置起动电气系统所采用的电机主要有3 种，分别是有刷直流电机、永磁无刷直流电机及无刷交流同步电机，3 种电机都有着不同的特点和优劣势。

1.有刷直流电机仍然采用着传统的机械电刷及换向器，这就导致了该类装置的使用寿命很短，同时维护起来极其不便，这是有刷直流电机的不足之处；但同样的该种电机也有着其优势之处，那便是控制的接口比较简单，操作起来很方便。

2.永磁性无刷直流电机所使用的电器元件很多，会造成很多的故障点，这样在电路出现了问题时，对于所出现的线路问题进行检查维修的工作是很难进行的。

3.无刷交流同步电机在使用寿命上有着明显的优势之处，同时维护起来也比较方便，所以说无刷交流同步电机是目前3种电机中综合性能最好的一种电机。

四、辅助动力装置起动电气系统发展趋势

辅助动力装置对于飞机的重要性不言而喻，未来的发展过程中飞机辅助动力装置起动系统会向不断地提高系统本身的可靠性方面发展。可靠性的不断提高能够减少飞机维护的频率，还能够有效地减少飞机零部件损耗，提高了经济方面的效益。