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

一．渦扇發動機工作原理

圖：渦扇發動機工作原理示意圖

空氣經過風扇后分成兩路：一路是內涵氣流進入發動機經壓氣機壓縮，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動機產生的熱效率越高。如果是兩級壓縮機的高壓壓氣機，其壓縮進入核心發動機的空氣，在燃油被加入到核心發動機后與核心發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，產生的燃氣進入渦輪中持續膨脹，膨脹的氣體到達噴管后繼續膨脹。在整個氣體膨脹過程中，渦輪要從燃氣中提取部分能量，剩下的熱能一部分轉化為動能，使燃氣高速噴出，還有一部分熱能隨燃氣排掉，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，風扇后空氣經外涵道直接排入大氣或同內涵燃氣一起在噴管排出。渦扇發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。

風扇的轉速提供N1發動機參數，高壓轉子的轉速提供N2發動機參數（如果是三個壓氣機的N2代表中壓轉子轉速，N3代表高壓轉子轉速），其中N1和N2參數以百分比顯示當先轉速（見圖1）。

二.渦扇發動機主要組成

渦扇發動機包括風扇、進氣道、低壓壓氣機、高壓壓氣機燃燒室、驅動壓氣機的高壓渦輪、驅動風扇的低壓渦輪、尾噴管（見圖2～3）、附件傳動系統、燃油系統、點火和起動系統、滑油系統、全權數字發動機控制FADEC、空氣系統、反推系統等。

圖：羅羅三轉子的渦扇發動機示意圖

圖：Trent700? ??A330的發動機

三．介紹FADEC工作情況

全權數字式發動機控制系統FADEC（Full Authority Digital Engine Control System）是一個數字控制系統，FADEC的功能是可以執行完整的發動機管理，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，可調節葉片/可調節入口導向葉片和引氣活門程序安排，控制渦輪間隙，慢車調定值）；

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

●推力管理（自動控制發動機推力等級，自動恢復到N1狀態，推力參數極限計算，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監控，起始起動中止和循環，自動重新點火和快速重新點火功能）；

●人工起動發動機順序（被動監控發動機，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，反推操作時的發動機設定）；

●傳給駕駛艙指示器的發動機參數及發動機監控信息（主要發動機參數，起動系統的狀態，反推系統的狀態，FADEC系統的狀態，次發動機參數）；

●計算已用的燃油（燃油流量整合）；

●發動機熱度管理（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；

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

●保護區域外邏輯（在地面當速度低于80節時，為了防止風扇不穩定，該邏輯避開1.16～1.28EPR范圍內穩定的發動機操作，而在N1速率方式下，避開區域取決于外界條件）。

發動機起動模式在人工方式時，飛行員使用推力手柄來設置推力；起動模式在自動方式下由FMGS設置推力；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．發動機滑油系統的監控

滑油限制數據里面的最高、最低溫度主要是監控傳動系統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，嚴重時還會損壞發動機軸承等零部件；滑油溫度過高表示可能有滑油泄漏或傳動部件損壞等，滑油溫度是監控發動機軸承運轉是否正常的重要指標。

參見運輸類飛機適航標準CCAR25第25.1011條總則：(a)每臺發動機必須有獨立的滑油系統，在不超過安全連續運轉溫度值的情況下，能向發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航時間與同樣條件下批準的發動機最大允許滑油消耗量的乘積，加上保證系統循環的適當余量。

所以發動機運轉過程中要注意監控滑油溫度、滑油壓力和滑油量指示是否在限制范圍內。

五．常見發動機故障

發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致的失速（STALL）現象。當發動機壓氣機葉片失速，失速的葉片不能將發動機前部的氣流壓縮至發動機的后部。在某些情況可能會出現氣流中斷，壓氣機末端的高壓氣流反向流動并從發動機的前部排出。如果該情況出現，可能會立即出現推力的嚴重損失。

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，或嚴重磨損），吸入外來物或冰，引氣系統故障，發動機操作系統故障。

發動機失速的現象：一次或幾次巨響，瞬間失去推力導致偏轉，發動機參數波動，EGT偏高，發動機振動指示偏高，在發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）的氣流振蕩現象。喘振會造成工作葉片振動，如果劇烈振動，在葉片產生很大的應力，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速相適應。

喘振的現象：會造成發動機振動，轉速不穩定，有時會出現發動機熄火，有時在發動機進口處會出現氣流吞吐現象，有時會發出低沉的噪音、嚴重時會有放炮聲。

●起動懸掛? 是轉速未達到慢車之前，發動機轉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、起動活門關閉早），壓氣機負荷太大，燃油系統供油出現問題，壓氣機外物損傷葉片導致氣流不足，高壓壓氣機和可變靜子控制計劃不正確，低轉速位置的葉片角度偏差太大導致空氣流量過低。

懸掛現象：可以看到起動過程中點火伴隨著異常緩慢的加速，轉子轉速穩定在慢車以下。

●起動超溫或熱起動? 是指發動機起動過程中，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靜子葉片的位置不合適（比如放氣活門沒有關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），燃油系統的問題（發動機起動時注入太多的燃油引起燃油控制系統故障），起動前發動機的排氣溫度過高，起動機空氣壓力太低（導致轉子的轉速太低以至于不能提供足夠的壓氣機氣流），發動機在起動過程中吸入了另一臺的熱排氣。

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

六．發動機使用中注意事項

飛行中常常遇到起動好發動機后，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車或者脫離跑道后立即關閉一臺發動機單發滑行。表面上這樣操作發動機都沒有問題，運行手冊和標準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，每個發動機都有要求，正常情況下在慢車狀態下暖機2～3分鐘或冷機2～3分鐘，這主要涉及壽命問題，因為發動機廠給出的發動機壽命都是有條件的。如果遇到緊急狀態，則無需考慮暖機或冷機。由于有了FADEC的幫助，使發動機的工作一般不會超過軸速限制和排氣溫度（EGT）限制，每款發動機都有類似的規定，在發動機手冊里有詳細說明。發動機各種工作狀態下通常都有對應的EGT限制值。雖然發動機廠家都會留出一定的余量，但是超過發動機限制值后必須報備并進行專項的檢查。總之任何操作均應嚴格遵守發動機手冊中的規定。

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