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1、第第 11 章章 辅助动力装置辅助动力装置 第节第节 概述概述第节第节 主要工作系统主要工作系统第节第节 典型的辅助动力装置典型的辅助动力装置第节第节 概述概述11.1.1 辅助动力装置的功用辅助动力装置的功用 辅辅助助动动力力装装置置（Auxiliary Power Unit，简简称称APU）是是装装在在飞飞机机上上的的一一套套不不依依赖赖于于机机外外任任何何能能源源、自自成成独独立立体体系系的的小小型型动动力力装装置置。其其功功用用是是在在地地面面为为飞飞机机提提供供电电源源和和气气源源，用用于于向向飞飞机机电电网网供供电电、起起动动主主发发动动机机以以及及向向飞飞机机空空调调系系统统提提
2、供供压压缩缩空空气气。在在空空中中提提供供备备用用电电源源和和气气源源，即即，飞飞机机爬爬升升到到一一定定高高度度后后，辅辅助助动动力力装装置置即即自自动动停停车车，但但是是当当飞飞机机在在飞飞行行过过程程中中遇遇到到发发动动机机停停车车故故障障时时，辅辅助助动动力力装装置置可可重重新新起起动动作作为为应应急急动动力力源源，为为飞飞机机提提供供电电源源和和气气源（超过一定高度后，仅能提供电源）。源（超过一定高度后，仅能提供电源）。 辅辅助助动动力力装装置置一一般般安安装装在在飞飞机机机机身身尾尾部部非非增增压压舱舱内内，位位于于方方向向舵舵的的下下面面。由由防防火火墙墙将将APU短短舱舱与与机
3、机体体和和水水平尾翼分隔开。平尾翼分隔开。 辅辅助助动动力力装装置置发发动动机机的的起起动动和和控控制制系系统统是是完完全全自自动动的的，控控制制电电门门和和指指示示仪仪表表分分别别装装在在驾驾驶驶舱舱和和轮轮舱舱APU地地面面控控制制面面板板上上。APU起起动动只只能能在在驾驾驶驶舱舱内内进进行行，但但停车可以在驾驶舱和轮舱停车可以在驾驶舱和轮舱APU地面控制面板上进行。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的组成 辅辅助助动动力力装装置置主主要要由由小小型型燃燃气气涡涡轮轮发发动动机机、附附件件齿齿轮轮箱箱和和供供气系统气系统等组成。等组成。 为为形形象象说说明明
4、APU的的本本体体结结构构和和工工作作系系统统，以以下下主主要要依依据据B737飞机的飞机的APU（GTCP85）进行阐述。）进行阐述。一、燃气涡轮发动机一、燃气涡轮发动机 辅辅助助动动力力装装置置的的燃燃气气涡涡轮轮发发动动机机，多多采采用用离离心心式式压压气气机机、环环形形燃燃烧烧室室和和径径向向式式涡涡轮轮，如如图图11-1所所示示。这这样样虽虽然然使使流流动动损损失失较较大大，但但可可以以缩缩短短发发动动机机的的轴轴向向尺尺寸寸，构构造造简简单单。喷喷管管为为固固定定面面积的简单喷管，其上装有温度控制器和热电偶的安装孔。积的简单喷管，其上装有温度控制器和热电偶的安装孔。 当当然然它它还
5、还具具有有必必要要的的工工作作系系统统，例例如如燃燃油油、滑滑油油、空空气气、控控制、指示等系统。制、指示等系统。图图11-1 辅辅助助动动力力装装置置二、附件齿轮箱二、附件齿轮箱 附附件件齿齿轮轮箱箱安安装装在在发发动动机机压压气气机机机机匣匣前前部部的的安安装装座座上。上。 在在它它的的附附件件传传动动齿齿轮轮箱箱上上装装有有交交流流发发电电机机、起起动动机机、燃燃油油泵泵、滑滑油油泵泵、转转速速表表发发电电机机、电电子子转转速速电电门门、冷冷却风扇等。却风扇等。 电电子子转转速速电电门门的的功功用用是是控控制制APU的的起起动动和和点点火火，控控制制工工作作程程序序和和超超转转保保护护电
6、电路路。APU发发动动机机仅仅在在一一个个稳稳定定状状态态下下工工作作，即即恒恒定定的的工工作作转转速速，由由APU驱驱动动的的发电机没有恒速传动装置，因此，它是个变频系统。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）三、供气系统（空气负荷控制系统） 供供气气系系统统用用来来向向飞飞机机供供应应所所需需的的空空气气，并并控控制制向向飞飞机机输输出出的的气气动动功功率率，使使排排气气温温度度不不致致超超过过正正常常安安全全数数值。值。 该该系系统统使使辅辅助助动动力力装装置置发发动动机机转转速速在在95%以以下下时时不不供供气气，超超过过95%时时能能自自动动供
7、供气气，当当排排气气温温度度过过高高时时，自动减少供气量，使排气温度不超过规定值。自动减少供气量，使排气温度不超过规定值。第节第节 主要工作系统主要工作系统11.2.1 滑油系统滑油系统 APU内内部部的的所所有有轴轴承承及及齿齿轮轮的的润润滑滑由由自自已已的的滑滑油油系系统统完完成成。系系统统包包括括滑滑油油箱箱、滑滑油油滤滤、滑滑油油泵泵（进进油油泵泵和和回回油油泵泵）、滑滑油油冷冷却却器器、磁磁性性金金属属屑屑探探测测器器、滑滑油油喷喷嘴嘴和和管管路路等等。由由指指示示灯灯和和仪仪表表进行系统工作的监控，如图进行系统工作的监控，如图11-2所示。所示。 滑滑油油冷冷却却器器由由齿齿轮轮箱
8、箱传传动动的的风风扇扇进进行行冷冷却却，所所用用滑滑油油与与主主发发动动机机使使用用的的相相同同。发发动动机机转转子子前前、后后轴轴承承采采用用压压力力润润滑滑，齿齿轮轮箱箱内的轴承和齿轮采用泼溅润滑。内的轴承和齿轮采用泼溅润滑。 滑滑油油系系统统的的工工作作是是，辅辅助助动动力力装装置置起起动动后后，滑滑油油泵泵将将滑滑油油箱箱内内的的滑滑油油抽抽出出，经经过过滑滑油油滤滤，分分成成两两路路进进入入发发动动机机内内，一一路路流流到到附附件件齿齿轮轮箱箱，润润滑滑齿齿轮轮箱箱内内的的所所有有齿齿轮轮和和轴轴承承，另另一一路路到到压压气气机机和和涡涡轮轮的的轴轴承承，润润滑滑后的滑油由回油泵抽回
9、，经滑油冷却器回到滑油箱。后的滑油由回油泵抽回，经滑油冷却器回到滑油箱。图图11-2 APU的滑油系统的滑油系统11.2.2 燃油系统燃油系统 APU燃燃油油来来自自飞飞机机油油箱箱，由由燃燃油油控控制制组组件件调调节节。该该组组件件负负责责起起动动、加加速速和和稳稳态态的的燃燃油油流流量量供供给给，并并保保证证发发动动机机稳稳定定工工作作在在要要求求的的转转速速下下。燃燃油油系系统统有有燃燃油油泵泵、燃燃油油加加热热器器、燃燃油油滤滤以以及及用用于于燃燃油油通通/断断的的电电磁磁活活门等。参见门等。参见11-1。 所所需需燃燃油油流流量量由由感感受受发发动动机机转转速速、压压气气机机出出口口
10、压压力力、涡涡轮轮排排气气温温度度和和燃燃油油压压力力的的自自动动装装置置燃燃油油控控制制组组件件调节。调节。11.2.3 起动和点火系统起动和点火系统 起起动动时时由由飞飞机机电电瓶瓶供供电电的的电电动动起起动动机机带带动动发发动动机机转转子子旋旋转转。在在有有的的机机型型中中，由由独独立立的的APU起起动动机机电电瓶瓶供供电电。点点火火系系统统为为高高能点火，通过电子转速电门控制。能点火，通过电子转速电门控制。 APU的的起起动动控控制制系系统统是是完完全全自自动动的的，如如前前所所述述，起起动动只只能能在在驾驾驶驶舱舱内内进进行行操操纵纵。起起动动点点火火系系统统的的主主要要附附件件有有
11、：起起动动机机、电子转速电门、点火器、电嘴和操纵电门和指示器等。电子转速电门、点火器、电嘴和操纵电门和指示器等。 APU的的起起动动机机是是电电动动起起动动机机，其其电电源源为为24伏伏直直流流电电，由由飞飞机电瓶或地面电源车供电。机电瓶或地面电源车供电。 电电子子转转速速电电门门的的功功用用是是在在起起动动时时按按一一定定的的程程序序进进行行电电路路的的自自动控制。动控制。 电电子子转转速速电电门门有有三三个个特特征征控控制制转转速速，所所以以也也称称为为三三速速电电门门。第第一一个个特特征征转转速速为为电电动动起起动动机机脱脱开开转转速速（一一般般数数值值为为3550），APU起起动动过过
12、程程中中，当当发发动动机机加加速速达达到到该该转转速速时时，电电子子转转速速电电门门使使电电动动起起动动机机自自动动脱脱开开；第第二二个个特特征征转转速速为为APU工工作作控控制制转转速速（一一般般数数值值为为95），当当APU达达到到该该转转速速时时，电电子子转转速速电电门门自自动动断断开开点点火火电电路路，APU达达到到由由燃燃油油控控制制器器控控制制的的稳稳定定工工作作状状态态（100），可可进进行行引引气气和和供供电电；第第三三个个特特征征转转速速为为超超转转控控制制转转速速（一一般般数数值值为为110），在在正正常常情情况况下下，APU的的转转速速只只有有100%，不不可可能能达达到
13、到110%，因因此此，该该电电子子电电门门通通常常是是不不工工作作的的。只只有有在在燃燃油油控控制制组组件件失失效效，或或进进行行110%电电门门试试验验，即即超超转转试试验验时时，APU的的转转速速才才有有可可能能达达到到110%，使使电电路路断断开开，APU停停车。车。 APU起起动动程程序序是是通通过过飞飞机机驾驾驶驶舱舱内内APU控控制制面面板板上上的的主主控控电电门门进进行行的的。当当电电门门置置于于起起动动位位时时，进进气气门门打打开开，直直流流电电动动起起动动机机带带转转发发动动机机到到燃燃油油和和点点火火系系统统能能够够投投入入工工作作的的转转速速，点点火火后后发发动动机机加加
14、速速达达到到第第一一特特征征转转速速时时，起起动动机机被被电电子子转转速速电电门门自自动动断断开开，起起动动机机停停止止工工作作。发发动动机机继继续续加加速速至至第第二二特特征征转转速速时时，电电子子转转速速电电门门断断开开点点火火电电路路。当当到到达达稳稳定定工工作作状状态态（100%转速）以后，转速）以后，APU可以进行供电和供气。可以进行供电和供气。11.2.4 控制和指示控制和指示 APU起起动动、停停车车和和正正常常工工作作所所必必需需的的电电门门、警警告告灯灯和和指指示示仪仪表表在在驾驾驶驶舱舱的的控控制制面面板板上上以以及及轮轮舱舱APU地地面面控控制制面面板板上上。通通常常只只
15、采采用用驾驾驶驶舱舱控控制制面面板板起起动动APU，但，但APU停车从这两个面板均可完成。停车从这两个面板均可完成。 APU工工作作监监视视有有排排气气温温度度表表，电电流流表表。使使用用时时间间指示器（小时表）记录已连续使用的小时数。指示器（小时表）记录已连续使用的小时数。11.2.5 保护系统保护系统 如如果果APU控控制制转转速速达达到到第第三三特特征征转转速速（110）时时，电电子子转转速速电电门门触触发发超超转转感感应应电电路路，自自动动切切断断向向燃燃烧烧室室的的供供油油，使使APU停停车车，此此即即超超转转停停车车；如如果果滑滑油油压压力力低低于于最最小小允允许许值值，由由滑滑油
16、油压压力力电电门门使使APU自自动动停停车车；如如果果滑滑油油温温度度高高于于允允许许值值，由由滑滑油油温温度度电电门门使使APU自自动动停停车车；APU有有火火警警探探测测系系统统和和灭灭火火瓶瓶，着着火火情情况况下下，探探测测系系统统除除了了作作动动警警告告灯灯和和警警铃铃外外还还可可以以自自动使动使APU停车。停车。第节第节 典型的辅助动力装置典型的辅助动力装置 B737飞飞机机的的辅辅助助动动力力装装置置是是GTCP85，它它的的特特点点是是采采用用了了双双级级离离心心式式压压气气机机（第第一一级级为为双双面面叶叶轮轮，第第二二级级为为单单面面叶叶轮轮），单单级级径径向向式式涡涡轮轮，
17、一一个个单单罐罐燃燃烧烧室室垂垂直直于于转转子子轴轴线线安安装装，如如图图11-3所所示示。可可以以同同时时输输出压缩空气和交流电。出压缩空气和交流电。图图11-3 B737的辅助动力装置（的辅助动力装置（GTCP85）A-输输出出轴轴；B-进进气气室室；C-第第一一级级压压气气机机；D-输输气气弯弯管管；E-第第二二级级压压气气机机；F-叶叶片片式式扩扩压压器器； G-涡涡轮轮外外集集气气室室；H-引引气气活活门门；J-喷喷嘴嘴；K-电电嘴嘴；L-燃燃烧烧罐罐；M-蜗形集气环；蜗形集气环；N-涡轮导向器；涡轮导向器；O-涡轮涡轮 空空气气由由进进气气室室B经经第第一一级级双双面面离离心心式式
18、压压气气机机C增增压压后后，由由7个个输输气气弯弯管管D流流至至第第二二级级离离心心式式压压气气机机E，然然后后经经叶叶片片式式扩扩压压器器F流流入入涡涡轮轮外外集集气气室室G内内，此此后后，大大部部分分空空气气流流入入燃燃烧烧罐罐L内内燃燃烧烧，少少部部分分由由带带有有负负荷荷控控制制活活门门的的放放气气口口H输输往往飞飞机机。进进入入燃燃烧烧罐罐的的空空气气与与由由喷喷嘴嘴J喷喷入入的的燃燃油油混混合合后后被被电电嘴嘴K点点燃燃燃燃烧烧，燃燃烧烧后后的的燃燃气气流流入入蜗蜗形形集集气气环环M，通通过过涡涡轮轮径径向向导导流流器器N流流入入径径向向涡涡轮轮O作作功功，驱驱动动压压气气机机并并
19、通通过过减减速速器器驱驱动动输输出出轴轴A。在在压压气气机机前前的的附附件件机机匣匣上上除除装装有有供供它它本本身身工工作作所所需需的的燃燃油油泵泵与与调调节节器器、滑滑油油泵泵、起起动动机机、转转速速表表、冷冷却却风风扇扇等等附附件件外，还装有供飞机用的交流发电机。外，还装有供飞机用的交流发电机。 GTCP85主主要要用用来来提提供供发发动动机机起起动动及及飞飞机机座座舱舱空空调调系系统统所所需需的的压压缩缩空空气气。当当发发动动机机的的发发电电机机或或地地面面电电源源未未向向飞飞机机电电网网供供电电时时，它它还还可可作作为为辅辅助助电电源源供供给给飞飞机机交交流流电电。当当飞飞机机爬爬升升
20、到到122米米高高度度以以后后再再过过38秒秒，它它即即自自动动停停车车；飞飞机机下下降降时时，当当高高度度降降到到3000米米以以下下、空速低于空速低于500公里公里/小时时，可以再次起动工作。小时时，可以再次起动工作。 图图11-4所所示示 为为 波波 音音 747飞飞机机的的辅辅助助动动力力装装置置GTCP660-4，它它属属于于大大型型的的辅辅助助动动力力装装置置，为为单单转转子子燃燃气气涡涡轮轮喷喷气气发发动动机。机。图图11-4 B747的辅助动力装置（的辅助动力装置（GTCP660-4） 图图11-5所所示示为为伊伊尔尔62的的辅辅助助动动力力装装置置TA6，它它的的压压气气机机的的第第一一级级采采用用了了一一般般很很少少采采用用的的斜斜流流式式，它它是是介介于于轴轴流流式式与与离离心心式式压压气气机机之之间间的的一一种种压压气气机机，其其单单级级增增压压比比较较轴轴流流式式的的要要大大，级级效效率率比比离离心心式式的的要要高高；燃燃烧烧室室采采用用了了具具有有蒸蒸发发管管的的回回流流形形式式；三三级级涡涡轮轮均均带带冠，以提高涡轮的效率。冠，以提高涡轮的效率。图图11-5 伊尔伊尔62的辅助动力装置（的辅助动力装置（TA6）
