某型辅助动力装置高原环境下喘振调整及验证

摘要：本文对某型辅助动力装置高原环境下起动时喘振问题进行研究，分析了高原环境下造成辅助动力装置起动时喘振的原因，通过分析某型APU放气和引气调节过程，明确了APU外场调整部位及方法。针对高原环境下APU起动时出现喘振问题，通过先后两次调整起动供油量和集气室放气量，最终确保某型辅助动力装置在高原环境可靠起动。

关键词：辅助动力装置，高原环境，喘振，调整。

1概述

辅助动力装置（Auxiliary Power Unit，以下简称 APU）是大型飞机上安装的独立小型燃气涡轮动力装置，具有结构简单、重量轻、功重比大等特点。在地面时，APU 向飞机提供电力和压缩空气;主发动机起动时，APU向空气涡轮起动机提供压缩空气，驱动起动机旋转从而起动主发动机。当APU在高原环境下工作时，由于大气环境的变化，APU工作状态的变化和APU引气负载的变化，都可能引起负载压气机进入不稳定工作区发生喘振，进而引发压气机叶片断裂等危害。喘振可能导致APU机件强烈振动乃至严重损坏、APU热端超温、性能急剧恶化、熄火停车等故障。

2某型辅助动力装置结构简介

某型APU由附件传动装置、压气机、燃烧室、涡轮、排气段、空气系统、滑油系统、燃油系统、起动系统及发动机参数检测系统组成。压气机是单转子四级轴流式跨音速压气机，由转子和静子两部分组成。压气机的气流通道呈环形收敛。通道外壁为等直径;通道的内壁直径从第Ⅰ级至第Ⅳ级逐渐增大。在压气机的进口处设有安装进气导流器;为了增加压气机在起动和空载状态下的稳定工作范围，在1级转子叶轮叶尖的上方，采用了处理机匣，在压气机匣的外壁第2级静子环位置处还装有3个放气活门，以确保起动顺利。

3某型辅助动力装置放气和引气调节系统

3.1组成

放气和引气调节系统向飞机提供压缩空气，限制空气消耗量，保证APU在所有工作状态上不发生喘振故障。放气和引气调节系统由带电动机构的引气节气门、流量管、三个压气机Ⅱ级放气活门、集气室放气活门、带热敏元件的可控分流活门、带空气滤的电磁活门及连接导管组成。

3.2工作过程

起动时，压气机Ⅱ级放气活门和集气室放气活门由电磁活门和可控分流活门进行控制。在地面起动时，电磁活门是断电的。从发动机起动瞬间起，从压气机引出的空气，通过空气滤和电磁活门沿导管送到可控分流活门。从起动瞬间直到发动机转子转速达到60%～70%，可控分流活门通过导管向集气室放气活门的气动活塞组传递操纵压力，改变集气室放气活门的活门开度，并使压气机级放气活门的进气导管与大气连通。当发动机转子转速增大时，由可控分流活门送到集气室放气活门的操纵压力也不断增大。当转速上升到30%～40%时，集气室放气活门的活门开度由原来的全开逐渐变小，从而减小从集气室来的放气量。当转速上升到60%～70%时，导管的压力使可控分流活门转换并使导管与大气连通，停止向集气室放气活门传递操纵压力，致使集气室放气活门的活门开度又恢复到全开，从集气室完全放气。

4某型辅助动力装置喘振调整

某APU在高原机场地面起动时，出现“放炮声”，并伴随排气温度快速升高。为确保APU可靠起动，需对APU供油和引气进行调整。

4.1高原环境辅助动力装置喘振原因分析

在高原机场，由于空气稀薄，APU起动过程存在一定富油情况，当出气流量和负载压气机进气量不能达到平衡状态时，负载压气机的稳定工作点发生波动，从而导致APU负载压气机发生喘振。

4.2高原环境辅助动力装置喘振调整过程

APU起动时发生喘振，可调过减小供油量或者增大燃烧室供气量（或同时调整）解决。根据APU高原使用经验，起动失败一般为富油导致点火失败，可减少起动过程中的供油量。因该型APU缺少在高原环境下维护经验、调整方法，在对其高原工作特性不明确情况下，采取逐步摸排方法。

APU外场可调整钉包括：燃油泵III号调整钉、IV号调整钉、V号调整钉、温度传感器调整钉（以上调整钉可调整起动供油量）、集气室放气活门上、下调整钉（调整压气机放气量）。以上调整部位可单独调整一个螺钉，也可同步调整多个螺钉，调节量由APU起动情况现场确定。

4.2.1首次调整措施及起动情况

APU首次在地面起动时，在30%～40%转速时喘振（放炮），随后停车。先对集气室放气活门上调整钉进行调整，分两次（第一次顺时针调整1圈，第二次再顺时针调整0.5圈），起动APU，转速70%时，排气温度630℃，再次出现喘振，APU停车;后对APU燃油泵V号调整钉顺时针调整1圈，起动APU，转速66%时，排气温度620℃，再次出现喘振，APU停车。

4.2.2第二次调整措施及起动情况

根据首次起动试验结果，对APU再次调整如下：

a） 恢复集气室放气活门调整，将上调整钉逆时针调整1.5圈;

b） 调整起动燃油压力（APU燃油泵IV号调整钉逆时针调整0.5圈）;

注：完成以上两项调整措施后，起动APU，起动过程最高排气温度为625℃，出现放炮声两声，终止起动。

c） 调整集气室放气活门上调整钉，逆时针调整0.5圈，调整完成后起动APU，出现一声放炮声，最高排气温度667℃，APU起动成功，起动用时38s;

d） 调整集气室放气活门上调整钉，逆时针调整0.5圈，起动APU，最高排气温度680℃，停车终止起动，转速大约64%;

e） 调整APU燃油泵IV号调整钉，逆时针调整0.5圈，APU起动成功，无喘振等异常现象，最高排气温度650℃，起动时间42s。

5结论

通过对APU在高原环境下喘振原因进行分析，调整了APU起动供油量和集气室放气量，优化APU在高原环境下起动时的油气比，最终实现某型辅助动力装置在高原环境下可靠起动，为后续APU使用及排除类似故障提供了经验数据。

作者简介：阚玉平、1987.6、男、籍貫（宁夏海原）、回族、高级工程师、本科、研究方向：飞机动力装置系统、