一种涡轴发动机储气系统及方法与流程

本发明属于涡轮轴发动机领域，特别涉及一种涡轴发动机储气系统及方法。

背景技术：

1、随着海拔高度的增加，空气越稀薄，大气温度和大气压力越低，航空涡轴发动机的起动成功率逐渐下降，同时燃气发生器转速下发出的功率也越小，使航空涡轴发动机在高原上使用存在起动困难、功率不足的情况。

2、造成航空涡轴发动机起动困难、功率不足的原因主要体现在起动悬挂、离地起飞功率不足。造成起动悬挂的主要原因有三种，一是起动过程中，机载蓄电池电量下降较快，起动机带转转速偏低，二是起动机脱开转速偏低，三是涡轮带转功率不足。针对这三种原因，现有的应对措施主要有配备地面电源车和优化起动规律。对于以起动机带转起动的航空发动机，为保证顺利起动，机场需配备地面电源车，提供稳定的电源，以此提高其带转速度，为发动机提供更多的起动功率。优化起动规律则是通过大量地面和高原起动试验数据，优化供油规律、起动机带转转速和时间等，得到适应高原的起动规律。在实际应用过程中，航空涡轴发动机起动前需协调机场工作人员提前准备地面电源车，延长了飞机的起飞时间，增加了机场的工作量，对于没有配备地面电源车的临停机场，可能导致飞机不能执行飞行任务。对于优化起动规律的缺陷是，发动机可能受限于硬件，无论如何优化起动规律，也难以提高高原起动成功率，而且变更硬件的时间成本和物力成本太高。

3、离地起飞功率不足主要是由于空气稀薄，涡轴发动机在高原存在功率衰减，相同燃气发生器转速下，所有发出的功率小，可能导致不能正常起飞。针对这个问题，现有应对措施主要有三种方式，一是更换功率等级更高的发动机，二是减轻飞机重量，三是直升机可采取滑跑的方式实现离地起飞。但是，更换功率等级更高的发动机，成本高，周期长，如不更换发动机，则需减轻飞机重量，也降低了飞机的载重能力和经济性。虽然直升机可采取滑跑起飞的方式，但对机场跑道长度提出了更高要求，是去了直升机起降特有的便利性。

4、为了解决上述问题，本发明建立了能够存储发动机产生的高压气体，以改善起动困难以及补足起飞功率不足的自循环系统，减少了对地面装置辅助的依赖，解决了直升机高原起动困难、起飞功率不足的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种涡轴发动机储气系统，包括发动机本体、空气存储结构、控制器，还包括引气阀座、引气管、空气采集器，所述引气阀座设在发动机本体的压气机机匣上，所述引气阀座靠近发动机本体的扩压器出口，所述引气管一端设在引气阀座上，所述引气管另一端与空气采集器连通，所述空气采集器与空气存储结构连通，所述空气存储结构与发动机本体的进气道连通，所述空气采集器上设有空气管，所述空气存储结构、空气采集器、引气阀座均与控制器电连接。

2、进一步地，所述空气存储结构包括压力泵、存储装置、流量阀、进气管、输气管，所述存储装置通过进气管与空气采集器连通，所述进气管上设有压力泵，所述存储装置上设有输气管，所述输气管远离空气存储装置的的一端与发动机本体的进气道连接，所述输气管靠近进气道的部位呈斜向设置，所述输气管上设有流量阀，所述压力泵、存储装置均与控制电连接。

3、进一步地，所述输气管沿竖向依次包括连通管、圆弧管、导气管，所述连通管与圆弧管连通，所述圆弧管远离连通管的一侧均布有若干导气管，所述连通管与存储装置连通，所述圆弧管套设在压气机的机匣上，所述导气管远离圆弧管的一端穿过机匣与发动机本体的进气道连通，所述流量阀设在连通管上。

4、进一步地，所述连通管位于流量阀与圆弧管之间的位置设有第二质量流量计。

5、涡轴发动机储气方法，包括以下步骤：

6、高原起动时，向空气存储结构发送航电指令，开起空气存储结构，空气储存结构内的高压空气经修正后进入发动机本体；

7、空气存储结构内的压力低于预设压力时，向控制器发送压力信号，控制器接收压力信号，并向空气采集器、引气阀座发送采集空气信号以及向空气存储结构发送加压与存储信号；

8、满足扩压器引气预设条件时，开起引气阀座采集扩压器出口后的高压空气，经空气采集器过滤后输送至空气存储结构存储；

9、满足环境大气引气预设条件时，利用空气采集器与空气管采集外界空气，经空气采集器过滤后输送至空气存储结构加压并存储；

10、发动机本体起动过程中持续通入高压空气，起动成功后关闭空气存储结构。

11、进一步地，所述扩压器出口后的高压空气压力小于空气存储结构设定的压力时，启动压力泵二次加压。

12、进一步地，高原起动时，向流量阀发送航电指令，开起流量阀，并上推发动机状态至起飞功率，高压空气与发动机本体吸入的空气混合后进入压气机，经压气机内的离心叶轮高速旋转压缩成高压空气，随后经扩压器扩压进入燃烧室。

13、进一步地，所述扩压器引气预设条件，包括：

14、发动机本体工作状态≥空中慢车；

15、tt45＜t45max—△t45；

16、飞行员未手动关闭制造高压气体；

17、存储装置未储满气；

18、其中，tt45为涡轮进口温度；t45max为涡轮进口限制温度；△t45为涡轮进口温度的增量。

19、进一步地，所述环境大气引气预设条件，包括：

20、发动机本体起动过程中；

21、发动机本体爬升过程中；

22、飞机一发失效，靠一发单独工作；

23、飞行员手动关闭制造高压气体；

24、tt45≥t45max-△t45；

25、存储装置未储满气；

26、其中，tt45为涡轮进口温度；t45max为涡轮进口限制温度；△t45为涡轮进口温度的增量。

27、进一步地，所述修正公式如下：

28、

29、其中，wah为发动机本体的进气道空气流量；

30、wfh为发动机本体的初始燃油流量；

31、wa额定为发动机本体额定进气道空气流量；

32、wfh-修正为通入高压空气后经修正的燃油流量。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、1)本发明通过空气采集器采集发动机本体内的高压气体以及大气空气，并通过空气存储结构进行加压和存储，不仅实现了自循环系统，还改善了发动机起动困难以及补足了起飞功率，减少了对地面装置辅助的依赖。

35、2)本发明通过存储发动机产生的高压气体，弥补了高原空气稀薄，发动机熄火边界窄的缺点。

36、3)本发明通过自循环提高了发动机高原起动成功率和起飞功率，减少了对地面装置辅助的依赖性，扩大了直升机高原使用环境，能应对不同复杂地貌。

37、4)本发明通过输气管通入进气道的高压空气和发动机本体的尾喷管后大气间的压差，促成了冲压效果，更有利于发动机起动。

38、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。