冲压空气涡轮在民用涡桨飞机中的应用

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1、学术论文RESEARCH冲压空气涡轮在民用涡桨飞机中的应用ApplicationofRamAirTurbineinCivilnrbo-PropAircraft中航飞机研发中心王永鑫崔宇【摘要】冲压空气涡轮作为飞机的应急能源，能够提高飞机的安全性能。通过对冲压空气涡轮系统及其性能进行分析，并根据涡桨飞机进地速度低的特点以及动能损失的影响，举例分析了冲压空气涡轮在民用涡桨飞机选型应用中应考虑的因素。关键词：冲压空气涡轮涡桨飞机动能损失民用飞机【ABSTRACT】Astheemergencyenergysource，Ramairturbine(RAT)canenhancethesafet)rperf

2、ornlanceofaircraR．AccordingtotheanalysisofRATsystemanditsperfonllance，low印proachingspeedofturbopropair_craRandthee仃-ectofdynamicloss，thispaperanalyzesthefactorsthatshouIdbeconsideredduringtheapplicationofRATinciViltur-bopropaircraR．Keywords：RATTurbo—propaircraftDynamiclossCivilaircraft随着多电飞机的发展和电传操纵

3、的广泛应用，飞机上的应急用电负载越来越多，容量也越来越大，如果只靠蓄电池作为应急电源，容量过大会给飞机带来更多的负担，已经不能满足多电飞机发展的要求。冲压空气涡轮(Ramairturbine，RAT)可以在应急情况下提供持续的电能和液压动力。越洋航班236号班机在飞越太平洋时燃油耗尽，之后放下RAT为飞机提供电能，使飞控系统仍能继续工作，最终安全着陆，从而避免了人员伤亡事故的发生。现代涡桨飞机也开始采用电传操纵，并向多电飞机发展。这使得涡桨飞机对应急电源有了更高的要求。冲压空气涡轮以往都是安装于涡扇飞机，而很少在涡桨飞机中进行应用。因此，研究冲压空气涡轮在涡桨飞机中的应用，对于我国涡桨民机的发

4、展具有重要意义。1RAT系统简介冲压空气涡轮是应用在民航客机和军机的动力应急装置。它将飞机飞行中来流和动能转化为转子的机械能，通常作为飞机的附加动力使用。冲压空气涡轮根据其结构可分为桨叶式和涵道式2种。民航客机飞行86航空制造技术·2014年第14期速度低，使用的冲压空气涡轮是桨叶式。涵道式冲压空气涡轮一般应用在军机领域。因此，民用涡桨飞机只会采用桨叶式的冲压空气涡轮，本文也只对桨叶式的冲压空气涡轮进行研究。桨叶式常由两三个涡轮叶片构成涡轮转子，安装于吊舱的外部，依靠飞机飞行时的空气动能吹动叶片旋转，以带动相联的轴高速旋转，将高速气体动能转为机械能输出。而飞机飞行高度与速度在飞行包线内变化，因

5、此RAT的迎风速度、工作转速和输出功率是变化的，需要自动调节冲压涡轮叶片桨距(叶片的迎风角度)来调整气动状态，以获得高气动力品质和最大输出功率⋯。这种涡轮功率调节机构复杂，效率低，做功能力小。涵道式涡轮由涡轮定子和转子组成，安装于吊舱内部。涡轮定子的作用是调整气流以改变气流方向，同时加速气流使其具有更大的动量冲击其后的转子叶片，使转子发出更大的功率。涡轮输出功率一般通过改变涡轮流道面积或节气门面积调节。涵道式涡轮在飞机亚音速和超亚音速飞行时，都能正常工作胆l。冲压空气涡轮可以带动发电机和液压泵，为飞机提供电力和液压能源。大飞机由于飞机复杂，需求的液压能较多，通常采用冲压空气涡轮同时带动发电机和

6、液压泵。对于中小型飞机，可以选择只带动发电机，再由发电机带动电动液压泵进行工作。2RAT系统分析RAT系统包括叶片、涡轮、发电机、GCU(发电机控制单元)、放下作动筒、上位锁、收起泵和手动释放装置等。下面以某种型号的RAT系统为例进行系统分析。2．1机械结构分析RAT具有叶片锁功能。当RAT在RAT舱内时，叶片被锁止；当RAT放下后，锁闩打开，RAT开始转动。叶片锁机械结构由2个推杆、1个双臂曲柄和1个锁闩组成，其中一个推杆的终端连接到飞机结构撞针托板上某个点。这个推杆具有弹簧载荷来保证机构在锁定位置直到RAT放下。双臂曲柄把这个推杆连接到另外一个作动推杆，作动推杆穿过结构，连接到涡轮锁闩。锁

7、闩安装在发电机外壳上，当在锁住位置或收起位置时，RESEARCH学术论文锁闩会插到轮毂上的一个凹槽内。RAT结构里的机械式的调节装置能使发电性能维持在稳定的范围内。冲压空气涡轮叶片是可旋转的。叶片配重结构能使叶片螺距调整到相应的位置，叶片配重的运动会使叉盘上的凸轮随动机构进行相应运动。叉盘将叶片配重结构的力传给管理弹簧。当超过管理弹簧的预设载荷时，叶片的螺距会随风速增加而变化。通过选择飞行重量、叶