[科普中国]-辅助动力系统

简介

通常在飞机爬升到一定高度（5000米以下）辅助动力装置关闭。但在飞行中当主发动机空中停车时， APU可在一定高度（一般为10000米）以下的高空中及时启动，为发动机重新启动提供动力。

辅助动力装置的核心部分是一个小型的涡轮发动机，大部分是专门设计的，也有一部分由涡桨发动机改装而成，一般装在机身最后段的尾锥之内，在机身上方垂尾附近开有进气口，排气直接由尾锥后端的排气口排出。发动机前端除正常压气级外装有一个工作压气级，它向机身前部的空调组件输送高温的压缩空气，以保证机舱的空调系统工根同时还带动一个发电机，可以向飞机电网送出115V的三相电流。APU有自己单独启动电动机，由单独的电池供电，有独立的附加齿轮箱、润滑系统、冷却系统和防火装置。它的燃油来自飞机上总的燃油系统。

APU是动力装置中一个完整的独立系统，但是在控制上它和整架飞机是一体的。它的控制板装在驾驶员上方仪表板上，它的启动程序、操纵、监控及空气输出都由电子控制组件协调，并显示到驾驶舱相关位置，如EICAS的屏幕上。

现代化的大、中型客机上，APU是保证发动机空中停车后再启动的主要装备，它直接影响飞行安全。APU又是保证飞机停在地面时，客舱舒适的必要条件，这会影响旅客对乘机机型的选择。因此APU成为飞机上一个重要的不可或缺的系统。1

作用APU的作用是 向飞机独立地提供电力和压缩空气 ，也有少量的APU可以向飞机提供附加推力。飞机在地面上起飞前，由APU供电来启动主发动机，从而不需依靠地面电、气源车来发动飞机。在地面时APU提供电力和压缩空气，保证客舱和驾驶舱内的照明和空调，在飞机起飞时使发动机功率全部用于地面加速和爬升，改善了起飞性能。降落后，仍由APU供应电力照明和空调，使主发动机提早关闭，从而节省了燃油，降低机场噪声。

飞机发动机辅助动力装置启动原理飞机发动机的启动航空燃气涡轮发动机的结构和循环过程，决定了它不能象汽车发动机那样自主的点火起动。因为，在静止的发动机中直接喷油点火，因为压气机没有旋转，前面空气没有压力，就不能使燃气向后流动，也就无法使涡轮转动起来，这样会烧毁燃烧室和涡轮导向叶片。

所以，燃气涡轮发动机的起动特点就是：先要气流流动，再点火燃烧，也即是发动机必须要先旋转，再起动。这就是矛盾，发动机还没起动，还没点火，却要它先转动。

根据这个起动特点，就必须在点火燃烧前先由其他能源来带动发动机旋转。

在以前的小功率发动机上，带动发动机到达一定转速所需的功率小，就采用了起动电机来带动发动机旋转，如用于国产运-7，运-8飞机的涡桨5、涡桨6发动机。

但是随着大推力发动机的出现，用电动机已无法提供如此大的能量来带动发动机，达到点火燃烧时的转速了，因此需要更大的能源来带动发动机，这时，采用APU产生压缩空气，用气源代替电源来起动发动机成为了现在所有高涵道比发动机的起动方式。

压缩空气的来源毫无疑问，压气机是压缩空气最好的来源。采用涡轮带动压气机就可以连续不断的提供飞机所需要的压缩气源。而由于这个燃气涡轮装置提供的气源只要能满足发动机起动的需要就可以了，所以功率，体积相比发动机要小得多，这就使这套燃气涡轮装置可以采用电动机来起动，然后再由这套燃气涡轮装置产生压缩空气来起动发动机，这样就解决了发动机起动时需要大的能量的问题。

起动过程发动机的起动过程是一个能量逐级放大的过程。

先由蓄电池提供电源给APU起动电机，带动APU转子旋转；

APU达到起动转速后喷油燃烧，把燃料提供的化学能转变为涡轮的机械能，并通过压气机把机械能转换为空气的压力能。由于燃料的加入，APU产生的压缩空气的能量已远远大于蓄电池的能量了

最后，发动机上的空气涡轮起动机把APU空气的压力转化为带动发动机核心机转子旋转的机械能，在达到发动机起动转速时喷油点火，最终靠燃料的化学能使发动机进入稳定工作状态。

所以，在整个起动过程中，带动发动机核心机旋转的大能量，从很低的蓄电池能量，通过燃料的加入，一步步升了起来，就象三峡大坝的梯级船闸。

这就是APU的好处：飞机本身只需要携带一个能量很低的，充足了电的蓄电池，通过APU就能够自主的完成发动机的起动，而不再依赖于地面设备来起动发动机。2

APU的特点APU和发动机一样，都是燃气涡轮装置，但它们的目的不同，这是个很大的区别，发动机用于产生推力，而APU不需要产生推力，它主要用来提供气源，还有电源。气源除用于发动机起动，还为飞机的空调系统供应连续不断的空气。

这个特点使APU不同于发动机。它要求APU在设计时，使涡轮产生的机械能主要通过压气机转换为空气的压力能，还有一部分机械能通过齿轮传递给发电机以产生电能，而不是向后喷出产生推力。

所以，能量分配的不同，是APU和发动机的主要区别。3

应用情况飞机飞机上的辅助动力系统可用来启动喷射发动机。通常用来当飞机在地面时制造电力来供给液压系统和冷气。辅助动力系统也可在空中提供电力。第一架使用活塞引擎辅助动力系统的飞机是英国超级马林（Supermarine Nighthawk），而第一架使用燃气涡轮引擎辅助动力系统的飞机是波音727，可让它在较小的机场起降。
通常辅助动力系统被安装在机尾的部份，辅助动力系统的排气管可在大多数的机尾上看到。

太空船辅助动力系统对太空船更重要。不像飞机的辅助动力系统，它只提供液压，并无提供电力。太空船还有另外三个以肼来当燃料的辅助动力系统，只有在返回大气层和降落时使用。返回大气层时，辅助动力系统提供液压和飞行操纵装置。降落时，辅助动力系统提供煞车。太空船也可以只使用一个辅助动力系统来降落。哥伦比亚号航天飞机STS-9下降前，两个辅助动力系统着火了，但太空船还是成功降落。

陆军有些坦克车里也有辅助动力系统，当坦克车不移动的时候提供电力。辅助动力系统可以免除坦克车引擎在运转时的高油耗和红外线。