航空发动机构造 第 11 章 辅助动力装置

第11章辅助动力装置

第11.1节概述第11.2节主要工作系统第11.3节典型的辅助动力装置第11.1节概述11.1.1辅助动力装置的功用

辅助动力装置（AuxiliaryPowerUnit，简称APU）是装在飞机上的一套不依赖于机外任何能源、自成独立体系的小型动力装置。其功用是在地面为飞机提供电源和气源，用于向飞机电网供电、起动主发动机以及向飞机空调系统提供压缩空气。在空中提供备用电源和气源，即，飞机爬升到一定高度后，辅助动力装置即自动停车，但是当飞机在飞行过程中遇到发动机停车故障时，辅助动力装置可重新起动作为应急动力源，为飞机提供电源和气源（超过一定高度后，仅能提供电源）。

辅助动力装置一般安装在飞机机身尾部非增压舱内，位于方向舵的下面。由防火墙将APU短舱与机体和水平尾翼分隔开。辅助动力装置发动机的起动和控制系统是完全自动的，控制电门和指示仪表分别装在驾驶舱和轮舱APU地面控制面板上。APU起动只能在驾驶舱内进行，但停车可以在驾驶舱和轮舱APU地面控制面板上进行。11.1.2辅助动力装置的组成辅助动力装置主要由小型燃气涡轮发动机、附件齿轮箱和供气系统等组成。为形象说明APU的本体结构和工作系统，以下主要依据B737飞机的APU（GTCP85）进行阐述。一、燃气涡轮发动机辅助动力装置的燃气涡轮发动机，多采用离心式压气机、环形燃烧室和径向式涡轮，如图11-1所示。这样虽然使流动损失较大，但可以缩短发动机的轴向尺寸，构造简单。喷管为固定面积的简单喷管，其上装有温度控制器和热电偶的安装孔。当然它还具有必要的工作系统，例如燃油、滑油、空气、控制、指示等系统。图11-1辅助动力装置二、附件齿轮箱附件齿轮箱安装在发动机压气机机匣前部的安装座上。在它的附件传动齿轮箱上装有交流发电机、起动机、燃油泵、滑油泵、转速表发电机、电子转速电门、冷却风扇等。电子转速电门的功用是控制APU的起动和点火，控制工作程序和超转保护电路。APU发动机仅在一个稳定状态下工作，即恒定的工作转速，由APU驱动的发电机没有恒速传动装置，因此，它是个变频系统。三、供气系统（空气负荷控制系统）供气系统用来向飞机供应所需的空气，并控制向飞机输出的气动功率，使排气温度不致超过正常安全数值。该系统使辅助动力装置发动机转速在95%以下时不供气，超过95%时能自动供气，当排气温度过高时，自动减少供气量，使排气温度不超过规定值。第11.2节主要工作系统11.2.1滑油系统

APU内部的所有轴承及齿轮的润滑由自已的滑油系统完成。系统包括滑油箱、滑油滤、滑油泵（进油泵和回油泵）、滑油冷却器、磁性金属屑探测器、滑油喷嘴和管路等。由指示灯和仪表进行系统工作的监控，如图11-2所示。滑油冷却器由齿轮箱传动的风扇进行冷却，所用滑油与主发动机使用的相同。发动机转子前、后轴承采用压力润滑，齿轮箱内的轴承和齿轮采用泼溅润滑。

滑油系统的工作是，辅助动力装置起动后，滑油泵将滑油箱内的滑油抽出，经过滑油滤，分成两路进入发动机内，一路流到附件齿轮箱，润滑齿轮箱内的所有齿轮和轴承，另一路到压气机和涡轮的轴承，润滑后的滑油由回油泵抽回，经滑油冷却器回到滑油箱。图11-2APU的滑油系统11.2.2燃油系统

APU燃油来自飞机油箱，由燃油控制组件调节。该组件负责起动、加速和稳态的燃油流量供给，并保证发动机稳定工作在要求的转速下。燃油系统有燃油泵、燃油加热器、燃油滤以及用于燃油通/断的电磁活门等。参见11-1。所需燃油流量由感受发动机转速、压气机出口压力、涡轮排气温度和燃油压力的自动装置—燃油控制组件调节。11.2.3起动和点火系统起动时由飞机电瓶供电的电动起动机带动发动机转子旋转。在有的机型中，由独立的APU起动机电瓶供电。点火系统为高能点火，通过电子转速电门控制。

APU的起动控制系统是完全自动的，如前所述，起动只能在驾驶舱内进行操纵。起动点火系统的主要附件有：起动机、电子转速电门、点火器、电嘴和操纵电门和指示器等。

APU的起动机是电动起动机，其电源为24伏直流电，由飞机电瓶或地面电源车供电。电子转速电门的功用是在起动时按一定的程序进行电路的自动控制。

电子转速电门有三个特征控制转速，所以也称为三速电门。第一个特征转速为电动起动机脱开转速（一般数值为35％～50％），APU起动过程中，当发动机加速达到该转速时，电子转速电门使电动起动机自动脱开；第二个特征转速为APU工作控制转速（一般数值为95％），当APU达到该转速时，电子转速电门自动断开点火电路，APU达到由燃油控制器控制的稳定工作状态（100％），可进行引气和供电；第三个特征转速为超转控制转速（一般数值为110％），在正常情况下，APU的转速只有100%，不可能达到110%，因此，该电子电门通常是不工作的。只有在燃油控制组件失效，或进行110%电门试验，即超转试验时，APU的转速才有可能达到110%，使电路断开，APU停车。APU起动程序是通过飞机驾驶舱内APU控制面板上的主控电门进行的。当电门置于起动位时，进气门打开，直流电动起动机带转发动机到燃油和点火系统能够投入工作的转速，点火后发动机加速达到第一特征转速时，起动机被电子转速电门自动断开，起动机停止工作。发动机继续加速至第二特征转速时，电子转速电门断开点火电路。当到达稳定工作状态（100%转速）以后，APU可以进行供电和供气。11.2.4控制和指示

APU起动、停车和正常工作所必需的电门、警告灯和指示仪表在驾驶舱的控制面板上以及轮舱APU地面控制面板上。通常只采用驾驶舱控制面板起动APU，但APU停车从这两个面板均可完成。

APU工作监视有排气温度表，电流表。使用时间指示器（小时表）记录已连续使用的小时数。11.2.5保护系统如果APU控制转速达到第三特征转速（110％）时，电子转速电门触发超转感应电路，自动切断向燃烧室的供油，使APU停车，此即超转停车；如果滑油压力低于最小允许值，由滑油压力电门使APU自动停车；如果滑油温度高于允许值，由滑油温度电门使APU自动停车；APU有火警探测系统和灭火瓶，着火情况下，探测系统除了作动警告灯和警铃外还可以自动使APU停车。第11.3节典型的辅助动力装置

B737飞机的辅助动力装置是GTCP85，它的特点是采用了双级离心式压气机（第一级为双面叶轮，第二级为单面叶轮），单级径向式涡轮，一个单罐燃烧室垂直于转子轴线安装，如图11-3所示。可以同时输出压缩空气和交流电。图11-3B737的辅助动力装置（GTCP85）A-输出轴；B-进气室；C-第一级压气机；D-输气弯管；E-第二级压气机；F-叶片式扩压器；G-涡轮外集气室；H-引气活门；J-喷嘴；K-电嘴；L-燃烧罐；M-蜗形集气环；N-涡轮导向器；O-涡轮

空气由进气室B经第一级双面离心式压气机C增压后，由7个输气弯管D流至第二级离心式压气机E，然后经叶片式扩压器F流入涡轮外集气室G内，此后，大部分空气流入燃烧罐L内燃烧，少部分由带有负荷控制活门的放气口H输往飞机。进入燃烧罐的空气与由喷嘴J喷入的燃油混合后被电嘴K点燃燃烧，燃烧后的燃气流入蜗形集气环M，通过涡轮径向导流器N流入径向涡轮O作功，驱动压气机并通过减速器驱动输出轴A。在压气机前的附件机匣上除装有供它本身工作所需的燃油泵与调节器、滑油泵、起动机、转速表、冷却风扇等附件外，还装有供飞机用的交流发电机。GTCP85主要用来提供发动机起动及飞机座舱空调系统所需的压缩空气。当发动机的发电机或地面电源未向飞机电网供电时，它还可作为辅助电源供给飞机交流电。当飞机爬升到122米高度以后再过38秒，它即自动停车；飞机下降时，当高度降到3000米以下、空速低于500公里/小时时，可以再次起动工作。

图11-4所示为波音747飞机的辅助动力装置GTCP660-4，它属于大型的辅助动力装置，为单转子燃气涡轮喷气发动机。图11-4