波音737NG飞机APU启动程序文详解
马文孝 刘林
【摘 要】APU进气风门作动器的选择正确与否，直接关系到作动器能否在各种工况下打开、关闭APU进气风门，甚至影响整个飞机的正常运营。从APU进气风门气动力矩和破冰力矩的角度出发，分别给出两种不同的作动器选型标准，对比分析这两种标准，给出了APU进气风门作动器的初步选型方法。
【关键词】风门作动器 气动力矩；破冰力矩；选型方法
【Abstract】Whether the APU inlet duct actuator is chosen correctly or not is directly related to whether the actuator can open or close inlet door under various operating conditions， and could even affect the normal operations of the aircraft. This research proposes two selection criteria for inlet duct actuator based on APU inlet door aerodynamic torque and ice breakout torque respectively， and then proposes a preliminary method of selection for inlet duct actuator according to the analysis result of the two selection criteria.
【Key words】Inlet duct actuator； Aerodynamic torque， Ice breakout torque； Method of selection
辅助动力装置（Auxiliary Power Unit，简称APU）是飞机的辅助动力源，其核心单元是一台小型离心式涡轮发动机。APU 的主要职责是在地面和空中起动主发、为环控系统供气，并为各类机载设备提供电力[1-2]。对于民用运输类飞机，APU系统通常安装在位于飞机尾椎的APU舱内，其进气功能是通过进气风门作动器（Inlet Duct Actuator，简称IDA）打开进气风门来实现。因此，所选择的IDA能否实现在不同工况下打开和关闭APU进气风门是APU系统能否正常工作的前提条件。IDA能否正常打开、关闭APU风门以及使风门在某一位置保持一般受风门气动力矩要求和破冰力矩要求的影响，综合这两个要求可以初步给出IDA的选型依据。
1 APU进气风门气动力矩计算方法
本研究只考虑飞机飞行的情况，对于在停机坪上的情况，就APU进气风门气动力矩而言不会大于飞行的情况。
该民用飞机APU风门作动器与风门之间的连接机构是如图3所示的四连杆机构，其中作动器作动杆的运行角度范围是0～120°，风门的运行角度范围是0～40°。
在对该民用飞机进行空起工程试飞试验过程中，发现APU进气风门在某一临界角度状态不能关闭，此时作动器作用在风门上的运行力矩應与风门受到的气动力矩相同。从表4可以发现通过上述方法计算得到的风门气动力矩计算值大于风门所受到的实际力矩值。
该试验中所使用的风门作动器的保持力矩为400lb.in，运行力矩为825lb.in。
在另一次空起试飞试验过程中，发现APU风门未能在20°时保持住，即此时气动力大于作动器（保持力矩为400lb.in）作用到风门上保持力矩，见下表5。可以看出计算结果符合实际情况。
1.5 根据风门气动力矩选取风门作动器
一般民用飞机APU风门的控制逻辑是在某一特定角度风门可以保持住，在风门运行的全过程中风门可以正常打开和关闭。因此根据风门气动力矩选取风门作动器的指标应该为：在该特定角度，作动器作用于风门上的保持力矩大于等于气动力矩，作动器作用于风门上的运行力矩大于等于气动力矩。对于本实例中的该型民用飞机，经研究表明只需满足作动器作用于风门上的运行力矩大于等于气动力矩即可，通常会留有一定余量。
下图4给出了该民用飞机在飞行高度15Kft，飞行马赫数0.68的冷天（海平面温度为-40℃）的飞行条件下，APU进气风门从0°匀速开启到40°的过程中，不同作动器作用到风门上的运行力矩计算值曲线图，这些不同作动器的自身运行力矩值不同。图4同时给出了15°-40°范围内，APU进气风门所受到的最大气动力矩计算值曲线。
根据图4可以得出，该型飞机的APU风门作动器的运行力矩应选1300lb.in。
2 APU进气风门破冰力矩计算方法及根据破冰力矩选取作动器
APU风门作动器的选型过程必须要考虑作动器运行时施加在风门上的作动力矩能够有能力破除冻结在风门四周边缘的冰。
风门破冰力矩的计算模型如图5所示。假设APU进气风门为平直矩形，其中，a为风门宽度，b为风门沿航向的长度，c为风门转轴到近边的距离。
以第1节的民用飞机构型为实例进行风门破冰力矩的计算方法说明。则a=328mm=12.92in，b=365mm=14.381in，c=47mm=1.85in。
假设：冰的厚度为T=0.25in，冰的剪切力为σ=50lb/in2。
3 总结
民用飞机APU风门作动器的基本性能要求是飞行包线内任何工况下都既能克服作用在风门上的气动力矩，又能破除0角度时风门四周的结冰。从分析给定民用飞机构型APU风门的气动力矩和在0角度时的破冰力矩的角度出发，分别给出了APU风门气动力矩和破冰力矩的计算方法，并分别以这两种计算方法给出了相应的风门作动器选型的力矩要求，综合比较这两种力矩要求的严苛程度，初步给出了APU风门作动器的基本性能选型要求：如果根据破冰力矩得出的作动器力矩要求值大于据气动力矩得出的作动器力矩要求值，则应根据破冰力矩指标来选取作动器；否则，相反。
【参考文献】
[1]《航空发动机设计手册》编委会.辅助动力装置及动力机[M].北京：航空工业出版社，2007.
[2]金中平.辅助动力装置及其标准发展综述[J].航空标准化与质量，1998（4）：19-22.
[责任编辑：朱丽娜]
