发动机起飞EGT裕度的估算

帅哥

　Estimation of Aero-engine Takeoff EGT Margin 　　 ◎郝 英 / 中国民用航空学院 　　 发动机起飞EGT裕度是衡量发动机性能的主要参数，本文详细阐述了几种起飞EGT裕度的估算方法，最后给出了改进EGT裕度的一些措施。 　　 现代航空发动机的维修思想已由"预防维修"向"以可靠性为中心的维修"转变，维修方式相应由"定时维修"转为以"视情维修"为主。视情维修要求对发动机的性能进行监控，而最能反映发动机整体运行状况的参数就是起飞排气温度（EGT）裕度，而且它还是发动机换发的重要依据。发动机由于老化，或部件、系统故障，都会造成起飞EGT裕度下降。本文详细阐述起飞EGT裕度的估算方法，最后给出了改进EGT裕度的一些措施。 　　 起飞EGT裕度 　　1.发动机平功率 　　 民航发动机额定平功率（或平推力）是指发动机在平功率温度点（图1中T*）可以产生的额定推力。从发动机使用角度来看，在平功率温度点以下，发动机可保证其额定推力基本不变，因此，随着Tt2（发动机进口总温）的降低，发动机在较低的转速、较低的燃油流量和较低的EGT下就可产生其额定推力。这样，在不牺牲推力的前提下降低了EGT，也就降低了发动机热部件的衰退率。在平功率温度点以上，为防止热部件的超温，发动机将保持EGT基本不变，这意味着，发动机将无法产生其额定推力且随着Tt2的增加，推力会进一步下降。为延长发动机寿命，防止EGT超温是至关重要的，有数据表明，涡轮前温度每下降20～30℃，发动机热部件寿命大约可增加一倍。 　　2.起飞EGT裕度 　　由于发动机在平功率温度点上下采用了不同的控制规律，所以对于一台要产生其额定全推力的发动机，它的EGT与Tt2的关系就会如图2曲线1所示。从图2中可见，在平功率温度点以下，随着Tt2增加，发动机要消耗更多的燃油、工作在更高的转速和更高EGT下，才能保证产生其额定全推力；而在平功率温度点以上，控制机构会保持EGT，此时发动机无法产生其额定全推力。 　　起飞EGT裕度定义：发动机EGT红线值与发动机在平功率温度下以全推力起飞时的排气温度之差，同时要求起飞应处于海平面压力下，且起飞过程中飞机正常引气，发动机整流罩防冰和大翼防冰关闭。EGT红线值是发动机厂商提供的排气温度限制值。EGT裕度(EGTM)如图2中所示。 　　随着发动机使用，其性能会衰退，图2中曲线1对应一台新的发动机，曲线2则对应该台发动机已长时间使用后的情形。在图2中，在平功率温度点以下，Tt2相同时，发动机由于性能衰退，只有消耗更多的燃油，工作在更高的EGT下，才能产生其额定全推力。由曲线1，2可见，发动机EGT裕度的下降反映了其性能衰退的程度。 　　3.外界空气温度限制 　　 外界空气温度限制（OATL）也是反映发动机性能衰退大小的参数。在图2中，将曲线1延长与EGT红线值相交，此时对应的OATL1（标准日情况下Tt2即为外界空气温度（OAT）就是该台发动机的OATL。它表示当环境温度等于OATL1时，若要发动机仍然产生额定的全推力，此时EGT就会等于红线值。显然，曲线2的外界空气温度限制为OATL2，它比OATL1小。显见，OATL与EGT裕度存在一定的关系。CFM发动机也用OATL来反映发动机性能衰退的程度。 　　 起飞EGT裕度的估算 　　 民航发动机起飞ＥＧＴ裕度估算通常有以下几种方法。 　　1用起飞EGT检查表来估算 　　 在飞机离地起飞（正常引气和防冰关闭）后，记录峰值EGT，并记下此时的EPR（发动机压力比）和TAT（发动机进气总温）。然后，利用厂家提供的针对特定的飞机和发动机组合的EGT检查表，得到该EPR和TAT下的EGT限制值，则该台发动机起飞EGT裕度就等于查表得到的EGT限制值减去记录的EGT峰值。表1是普惠B737/JT8D-15的起飞EGT裕度的检查表的一部分。 　　2 用换算法来估算 　　 该方法要求发动机做一次全功率起飞（空调组件打开或关闭），然后由机组记录峰值EGT 和此时的EPR及TAT。峰值EGT通常发生在飞机离地，起落架接近收起的时刻。 　　 EGT裕度计算如图3所示，将当前TAT下记录的峰值EGT（图3中点1），换算为平功率温度下调整的EGT(图3中的点2)，那么EGT裕度就等于EGT红线值减去调整的EGT。 　　3 用巡航EGT偏差来估算 　　发动机巡航ＥＧＴ相对与基线的变化与ＥＧＴ裕度的变化之间存在一定的关系，再结合发动机初始的起飞ＥＧＴ裕度，便可估算出当前发动机的起飞ＥＧＴ裕度。 　　普惠公司监控软件ＥＣＭＩＩ中认为巡航ＥＧＴ偏差为＋１℃时，起飞ＥＧＴ裕度就会下降１℃，这样再结合发动机初始的起飞ＥＧＴ裕度，就可得到当前发动机的起飞ＥＧＴ裕度。发动机初始的起飞ＥＧＴ裕度用第一种方法得到。这样，在用巡航参数进行性能监控的软件中便可得到起飞ＥＧＴ裕度的变化趋势。但是，这种估算方法是近似的。如普惠对１５台ＪＴ９Ｄ－７Ｒ４Ｇ２发动机进行研究发现，当巡航ＥＧＴ偏差为＋１℃时，起飞ＥＧＴ裕度下降约为０．８℃。同时，分析人员也应注意到有些发动机起飞ＥＧＴ裕度的下降比巡航ＥＧＴ的上升要来得大。所以，普惠公司建议当起飞ＥＧＴ裕度较大时，可用此方法，而当起飞ＥＧＴ裕度较小并要决定是否换发时，应当采用第一种方法估算。 　　4 用车台EGT裕度来估算 　　发动机车台ＥＧＴ裕度是指发动在车台试车时得到的ＥＧＴ裕度。它是由相应ＥＰＲ下的排气温度限制值减去当前排气温度得到的，其中温度都为换算参数。试车人员常用车台ＥＧＴ裕度近似估算发动机起飞ＥＧＴ裕度。图４是ＪＴ８Ｄ－２１７／－２１７Ａ发动机换算ＥＧＴ限制值和ＥＰＲ的关系曲线。 　　通过以上对几种起飞ＥＧＴ估算方法分析可见，第一种方法是首选方法，它得到的发动机起飞ＥＧＴ裕度是最准确的，可作为换发重要参考依据；第二种方法是一种备用的方法，精度相对低，而且它要求发动机作全推力起飞，这显然是不利的；第三种方法主要用于发动机性能监控软件中；最后一种方法是供发动机在台架试车时使用。 　　 提高EGT裕度的措施 　　对于发动机用户而言，提高ＥＧＴ裕度可采取以下措施：１）只要在可能的条件下，要尽量使用减推力起飞；２）控制好飞机起飞重量，减少不必要的燃油和水箱携水量以及在飞机起飞时关闭空调组件以减小发动机负荷等；３）对发动机进行定期清洗气路可以获得一定的ＥＧＴ裕度恢复；４）合理计划航线结构，如可安排性能出现衰退的发动机飞一些寒冷地区的航线等等。