摘要:航空发动机的起动过程是一个非常复杂的热力学过程，需要起动系统各附件的协同工作。本文根据某型航空发动机起动系统的结构和原理，通过对起动系统故障进行研究和分析，找出导致发动机起动不成功的主要原因，最后给出相应的解决措施，对发动机起动系统进行优化和改进设计，从而提高发动机的起动成功率。
关键词：航空发动机、起动系统、起动成功率
1起动系统结构和原理
某型航空发动机起动系统主要由点火系统和主燃油系统组成。发动机起动过程中，燃油进入发动机后分成两路：一路流向点火电嘴，用于起动点火；另一路流向甩油盘，燃油流量经起动装置调节后，使燃气发生器转速稳定上升。
点火系统：起动时，微型泵建立燃油压力，通过燃油导管分配到两个点火电嘴喷油，同时点火器产生的高压电流，通过点火电缆分配到两个点火电嘴，在电极间产生火花，点燃喷出的雾化燃油，形成火炬。
图1点火系统
主燃油系统：起动时，发动机在起动发电机的带转下运转，通过附件齿轮系带动燃油泵运转，燃油经燃油调节器增压后流经燃油滤、起动装置（气压调节器+起动燃油调节器）、电动燃油开关、燃油管后进入甩油盘，甩出的雾化燃油与压气机来的压缩空气混合形成可燃混合气，被点火电嘴形成的火炬点燃。
图2 主燃油系统
起动装置继续按设定的供油规律调节油量，使发动机转速达到自立转速后，起动机断开开关触点转换，起动发电机转换为发电状态。燃气涡轮转速继续上升，达到接替转速后，燃油调节器接替起动燃油装置工作，最后发动机停留在地面慢车转速，起动结束。
2故障现象
该型发动机起动过程主要可以分为三个阶段，分别为点火电嘴形成火炬阶段、主燃油路点燃阶段和自动控制供油阶段。其中，点火电嘴形成火炬阶段的主要故障现象是无法形成火炬；主燃油路点燃阶段的故障现象是主燃油路点燃失败；自动控制供油阶段主要故障现象是起动超温和起动悬挂。所以，该型发动机在使用过程中起动不成功故障主要可以分为四种情况，分别为点火电嘴未形成火炬；主燃油路未被点燃；起动超温；起动悬挂。
3故障分析
根据发动机起动不成功的故障现象、规律特征和排故经验，并结合发动机起动系统结构和工作原理，开展故障分析。
3.1点火电嘴无法形成火炬
根据以往故障统计信息,发动机使用过程中点火电嘴无法形成火炬故障次数并不多,常见故障原因主要是微型泵单项活门漏气，空气进入起动油路，导致起动时微型泵齿轮空转，无法输出压力燃油。
3.2主燃油路点燃失败
根据以往故障统计信息,发动机主燃油路点燃失败故障次数较多，尤其是发动机长时间停放后首次起动或在低温环境下起动时出现次数较多，常见故障原因主要有：1.燃油滤堵塞；2.点火电嘴雾化效果差，喷出的火焰强度太弱；3.微型泵输出燃油压力偏低，导致点火电嘴喷出燃油流量不足，形成的火焰强度偏弱；4.起动装置设定的初期供油量太低，从甩油盘甩出的燃油量不足，无法被点燃。
3.3起动超温
发动机外场使用过程中，出现起动超温故障次数较多，一般表现为起动中期超温，主要原因是起动装置设定的供油曲线与发动机不匹配，起动中期的供油量偏高，导致起动超温。
3.4起动悬挂
发动机使用过程中出现起动超温后，需通过调整起动装置来降低起动供油量，但降低起动中期供油量的同时，也会降低起动后期供油量，从而导致起动后期供油不足，出现起动悬挂。
4改进措施
经上述故障分析，微型泵、点火电嘴、燃油滤和起动装置等附件问题是造成发动机起动问题的主要原因。所以，为提高发动机起动成功率，需对以上附件开展研究和分析，制定相应改进措施。
4.1微型泵改进
微型泵单向活门漏气的主要原因是弹簧外径与弹簧座内孔干涉，弹簧在压缩后不能很好的复位，通过增大弹簧座内孔尺寸，问题解决。
通过点火油路联合试验，发现微型泵（压力-流量）性能指标与实际工况不符，根据实际需求，对微型泵压力和流量指标进行调整，采取调压活门和输油活门改进措施，提高了微型泵输出燃油压力。
4.2点火电嘴改进
点火电嘴雾化差主要原因是喷嘴螺旋槽结构设计不合理，对喷油嘴进行重新设计，通过CFD仿真计算，优化喷嘴结构，提高喷油雾化效果。
4.3燃油滤改进
燃油滤堵塞的主要原因是过滤精度过高，滤芯绕丝间距太细，通过对滤芯进行改进设计，增大绕丝间距，降低流阻，问题解决。
4.4起动装置改进
针对起动装置设定的起动供油曲线与发动机不匹配问题，将多台与发动机匹配良好的起动装置在试验台上进行性能附录，与出厂性能进行对比，将附录数据进行统计和分析，对现有供油曲线进行修正。
5初步验证
贯彻上述改进措施的发动机在台架进行了1000小时长试，整个长试过程共起动发动机1000多次，起动成功率100%，初步验证改进措施有效。
参考文献：
【1】Q/AVIC 20067-2015 航空燃气涡轮发动机起动系统设计要求
【2】王云.航空发动机原理【M】.北京：北京航空航天大学出版社，2009:207-223
论文作者:蔡百鸣
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/13
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