渦輪風(fēng)扇發(fā)動機用途廣泛、市場巨大，對國民經(jīng)濟發(fā)展、國防建設(shè)和科技進步具有重大推動作用和戰(zhàn)略意義。渦輪風(fēng)扇發(fā)動機（簡稱渦扇發(fā)動機）的優(yōu)點是推力大、推進效率高、噪音低、燃油消耗率低、飛機航程遠(yuǎn)。尤其大涵道比渦扇發(fā)動機，其性能與適航要求更高、經(jīng)濟性與環(huán)保性更好。

一．渦扇發(fā)動機工作原理

圖：渦扇發(fā)動機工作原理示意圖

空氣經(jīng)過風(fēng)扇后分成兩路：一路是內(nèi)涵氣流進入發(fā)動機經(jīng)壓氣機壓縮，對氣體做功使氣體的壓力升高、容積減小，空氣被壓縮的越厲害會使發(fā)動機產(chǎn)生的熱效率越高。如果是兩級壓縮機的高壓壓氣機，其壓縮進入核心發(fā)動機的空氣，在燃油被加入到核心發(fā)動機后與核心發(fā)動機的壓縮空氣混合，同時被點燃并燃燒。混合氣體燃燒過程中溫度升高，壓力基本不變，體積迅速增大，產(chǎn)生的燃?xì)膺M入渦輪中持續(xù)膨脹，膨脹的氣體到達噴管后繼續(xù)膨脹。在整個氣體膨脹過程中，渦輪要從燃?xì)庵刑崛〔糠帜芰?，剩下的熱能一部分轉(zhuǎn)化為動能，使燃?xì)飧咚賴姵?，還有一部分熱能隨燃?xì)馀诺?，這一過程中的壓力和溫度下降，體積不斷增加。另一路是外涵氣流，風(fēng)扇后空氣經(jīng)外涵道直接排入大氣或同內(nèi)涵燃?xì)庖黄鹪趪姽芘懦觥u扇發(fā)動機的推力就是利用從尾噴口出來時的氣體完全膨脹的情況獲得的。

風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速提供N1發(fā)動機參數(shù)，高壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速提供N2發(fā)動機參數(shù)（如果是三個壓氣機的N2代表中壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，N3代表高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速），其中N1和N2參數(shù)以百分比顯示當(dāng)先轉(zhuǎn)速（見圖1）。

二.渦扇發(fā)動機主要組成

渦扇發(fā)動機包括風(fēng)扇、進氣道、低壓壓氣機、高壓壓氣機燃燒室、驅(qū)動壓氣機的高壓渦輪、驅(qū)動風(fēng)扇的低壓渦輪、尾噴管（見圖2～3）、附件傳動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點火和起動系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、全權(quán)數(shù)字發(fā)動機控制FADEC、空氣系統(tǒng)、反推系統(tǒng)等。

圖：羅羅三轉(zhuǎn)子的渦扇發(fā)動機示意圖

圖：Trent700? ??A330的發(fā)動機

三．介紹FADEC工作情況

全權(quán)數(shù)字式發(fā)動機控制系統(tǒng)FADEC（Full Authority Digital Engine Control System）是一個數(shù)字控制系統(tǒng)，F(xiàn)ADEC的功能是可以執(zhí)行完整的發(fā)動機管理，包含兩個冗余通道，一個通道生效而另一個通道備用。如果一個通道失效，另一個自動接替控制。以空客330的FADEC為例：

●氣體生成控制（控制燃油流量，加速及減速計劃，可調(diào)節(jié)葉片/可調(diào)節(jié)入口導(dǎo)向葉片和引氣活門程序安排，控制渦輪間隙，慢車調(diào)定值）；

●發(fā)動機超過極限保護（N1、N2超速保護，渦輪超速，在地面發(fā)動機起動期間的發(fā)動機排氣溫度EGT監(jiān)控）；

●推力管理（自動控制發(fā)動機推力等級，自動恢復(fù)到N1狀態(tài)，推力參數(shù)極限計算，基于推力手柄位置的手動推力管理，推力自動管理）；

●發(fā)動機自動起動順序（控制：起動活門、高壓燃油活門、燃油流量、點火，N1、N3、燃油量和EGT監(jiān)控，起始起動中止和循環(huán)，自動重新點火和快速重新點火功能）；

●人工起動發(fā)動機順序（被動監(jiān)控發(fā)動機，控制：起動活門、高壓燃油活門、點火）；

●反推控制（作動阻流器整流早，反推操作時的發(fā)動機設(shè)定）；

●傳給駕駛艙指示器的發(fā)動機參數(shù)及發(fā)動機監(jiān)控信息（主要發(fā)動機參數(shù)，起動系統(tǒng)的狀態(tài)，反推系統(tǒng)的狀態(tài)，F(xiàn)ADEC系統(tǒng)的狀態(tài)，次發(fā)動機參數(shù)）；

●計算已用的燃油（燃油流量整合）；

●發(fā)動機熱度管理（控制渦輪機匣、軸和齒輪箱冷卻）；

●FADEC冷卻；

●失效的探測、隔離和記錄；

●風(fēng)扇失速保護（起飛調(diào)整發(fā)動機加速程序：該邏輯保證在起飛滑跑過程中自動設(shè)置一個逐漸大的推力，失速該出邏輯：當(dāng)檢測到風(fēng)扇失速，觸發(fā)由燃油流量減少和變距定子葉片重新組成的恢復(fù)邏輯）；

●保護區(qū)域外邏輯（在地面當(dāng)速度低于80節(jié)時，為了防止風(fēng)扇不穩(wěn)定，該邏輯避開1.16～1.28EPR范圍內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)動機操作，而在N1速率方式下，避開區(qū)域取決于外界條件）。

發(fā)動機起動模式在人工方式時，飛行員使用推力手柄來設(shè)置推力；起動模式在自動方式下由FMGS設(shè)置推力；FADEC在人工和自動方式下防止推力超過推力手柄位置的額定極限。

四．發(fā)動機滑油系統(tǒng)的監(jiān)控

滑油限制數(shù)據(jù)里面的最高、最低溫度主要是監(jiān)控傳動系統(tǒng)的潤滑情況是否正常。如果滑油溫度過低或粘度過大均會增加傳動力矩，嚴(yán)重時還會損壞發(fā)動機軸承等零部件；滑油溫度過高表示可能有滑油泄漏或傳動部件損壞等，滑油溫度是監(jiān)控發(fā)動機軸承運轉(zhuǎn)是否正常的重要指標(biāo)。

參見運輸類飛機適航標(biāo)準(zhǔn)CCAR25第25.1011條總則：(a)每臺發(fā)動機必須有獨立的滑油系統(tǒng)，在不超過安全連續(xù)運轉(zhuǎn)溫度值的情況下，能向發(fā)動機供給適量的滑油。(b)可用滑油量不得小于飛機在臨界運行條件下的續(xù)航時間與同樣條件下批準(zhǔn)的發(fā)動機最大允許滑油消耗量的乘積，加上保證系統(tǒng)循環(huán)的適當(dāng)余量。

所以發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中要注意監(jiān)控滑油溫度、滑油壓力和滑油量指示是否在限制范圍內(nèi)。

五．常見發(fā)動機故障

發(fā)動機常見的故障有壓氣機失速、壓氣機喘振、起動懸掛、起動超溫或熱起動、冷起動等。

●壓氣機失速? 指壓氣機葉片因氣流分離導(dǎo)致的失速（STALL）現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)動機壓氣機葉片失速，失速的葉片不能將發(fā)動機前部的氣流壓縮至發(fā)動機的后部。在某些情況可能會出現(xiàn)氣流中斷，壓氣機末端的高壓氣流反向流動并從發(fā)動機的前部排出。如果該情況出現(xiàn)，可能會立即出現(xiàn)推力的嚴(yán)重?fù)p失。

壓氣機失速可能的原因：壓氣機性能降級（例如，壓氣機葉片破裂，或嚴(yán)重磨損），吸入外來物或冰，引氣系統(tǒng)故障，發(fā)動機操作系統(tǒng)故障。

發(fā)動機失速的現(xiàn)象：一次或幾次巨響，瞬間失去推力導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)，發(fā)動機參數(shù)波動，EGT偏高，發(fā)動機振動指示偏高，在發(fā)動機進口和尾噴管可能看見火焰，駕駛艙有刺鼻的氣味。

●壓氣機喘振? 是指氣流沿壓氣機軸線發(fā)生的低頻率、高振幅（強烈的壓力和空氣流量波動）的氣流振蕩現(xiàn)象。喘振會造成工作葉片振動，如果劇烈振動，在葉片產(chǎn)生很大的應(yīng)力，造成工作葉片和靜子葉片的疲勞斷裂。喘振時由于氣流倒流，使進入燃燒室的空氣減少，會造成排氣溫度升高或超溫，從而損壞燃燒室和渦輪葉片。

壓氣機喘振的原因：是壓氣機的空氣流量不能與壓氣機轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。

喘振的現(xiàn)象：會造成發(fā)動機振動，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，有時會出現(xiàn)發(fā)動機熄火，有時在發(fā)動機進口處會出現(xiàn)氣流吞吐現(xiàn)象，有時會發(fā)出低沉的噪音、嚴(yán)重時會有放炮聲。

●起動懸掛? 是轉(zhuǎn)速未達到慢車之前，發(fā)動機轉(zhuǎn)速不增加或增加緩慢。

造成起動懸掛的原因很多：剩余功率不夠（起動機氣壓太低、起動活門關(guān)閉早），壓氣機負(fù)荷太大，燃油系統(tǒng)供油出現(xiàn)問題，壓氣機外物損傷葉片導(dǎo)致氣流不足，高壓壓氣機和可變靜子控制計劃不正確，低轉(zhuǎn)速位置的葉片角度偏差太大導(dǎo)致空氣流量過低。

懸掛現(xiàn)象：可以看到起動過程中點火伴隨著異常緩慢的加速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在慢車以下。

●起動超溫或熱起動? 是指發(fā)動機起動過程中，排氣溫度過高或超過最大允許值。

排氣溫度偏高的原因：壓氣機失速或喘振（這造成進入燃燒室的空氣減少引起排氣溫度升高），壓氣機的放氣活門或可調(diào)靜子葉片的位置不合適（比如放氣活門沒有關(guān)閉造成過多的氣體被放掉，而進入燃燒室的空氣減少，或可調(diào)靜子葉片沒有在合適的開度造成進入壓氣機的空氣減少），燃油系統(tǒng)的問題（發(fā)動機起動時注入太多的燃油引起燃油控制系統(tǒng)故障），起動前發(fā)動機的排氣溫度過高，起動機空氣壓力太低（導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速太低以至于不能提供足夠的壓氣機氣流），發(fā)動機在起動過程中吸入了另一臺的熱排氣。

●濕（冷）起動? ?當(dāng)噴射的燃油沒有被點燃時導(dǎo)致的點火失敗，其結(jié)果是起動程序中止并且大量注入的燃油在燃燒室以液態(tài)形式留存。原因是點火系統(tǒng)存在故障，由于發(fā)動機地面起動通常只用其中一個點火系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)濕（冷）起動時飛行員應(yīng)該意識到點火系統(tǒng)存在故障。

六．發(fā)動機使用中注意事項

飛行中常常遇到起動好發(fā)動機后，有的飛行員為了盡快起飛就加大油門甚至超過40%N1或者飛機很快進入跑道起飛的情況，另外飛機落地后很快滑到停機位關(guān)車或者脫離跑道后立即關(guān)閉一臺發(fā)動機單發(fā)滑行。表面上這樣操作發(fā)動機都沒有問題，運行手冊和標(biāo)準(zhǔn)操作程序也僅僅提示滑行速度、提示使用大推力時注意飛機后方安全，廠家提供的手冊里并沒有說明暖機或冷機時間限制。關(guān)于暖機和冷機時間主要是考慮部件材料的熱脹冷縮，每個發(fā)動機都有要求，正常情況下在慢車狀態(tài)下暖機2～3分鐘或冷機2～3分鐘，這主要涉及壽命問題，因為發(fā)動機廠給出的發(fā)動機壽命都是有條件的。如果遇到緊急狀態(tài)，則無需考慮暖機或冷機。由于有了FADEC的幫助，使發(fā)動機的工作一般不會超過軸速限制和排氣溫度（EGT）限制，每款發(fā)動機都有類似的規(guī)定，在發(fā)動機手冊里有詳細(xì)說明。發(fā)動機各種工作狀態(tài)下通常都有對應(yīng)的EGT限制值。雖然發(fā)動機廠家都會留出一定的余量，但是超過發(fā)動機限制值后必須報備并進行專項的檢查?？傊魏尾僮骶鶓?yīng)嚴(yán)格遵守發(fā)動機手冊中的規(guī)定。

除了正常的地面起動之外還有空中起動，即當(dāng)發(fā)動機空中熄火后進行的再次起動。發(fā)動機都有自己的空中起動包線，發(fā)動機熄火后需要檢查當(dāng)時發(fā)動機起動包線的范圍，在起動包線之內(nèi)可完成再次起動。在起動包線內(nèi)還有兩種情況：一種情況是需要起動機帶轉(zhuǎn)發(fā)動機才能完成的起動；另一種情況是不需要起動機，發(fā)動機在風(fēng)車轉(zhuǎn)速下直接起動。
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